Biomarkers in uitgeademde ademcondensaten bij acuut longletsel: vroege detectie en uitkomstvoorspellers

Acute longschade (ALI) en acute respiratory distress syndrome (ARDS) zijn de belangrijkste oorzaken van mortaliteit en morbiditeit op de intensive care (ICU). De oorzaken van ALI/ARDS verschillen van patiënt tot patiënt, waaronder sepsis, aspiratie, systemische ontsteking, trauma, bloedtransfusie, enz. Met vroege opsporing en behandeling kan het overlevingspercentage aanzienlijk worden verbeterd. Het is echter vaak moeilijk om ALI/ARDS te onderscheiden van cardiogeen longoedeem of andere oorzaken, zelfs met geavanceerde technologie en invasieve hulpmiddelen. Een mogelijk hulpmiddel is de chemische ademtest, variërend van uitgeademde gasmetingen, zoals uitgeademde stikstofmonoxide of koolmonoxide, tot bepaling van vluchtige organische stoffen en niet-vluchtige biomarkerprofilering. Omdat het volledig niet-invasief is, stelt het bemonsteren van de uitgeademde ademcondensaten (EBC) clinici en onderzoekers in staat om lichaamsfuncties op een eenvoudigere en flexibelere manier te beoordelen. Uitgeademde adem bevat duizenden vluchtige en niet-vluchtige verbindingen in sporenhoeveelheden. Daarom is het pas sinds kort, na de ontwikkeling van zeer gevoelige geavanceerde technologieën in monsteranalyse, dat de evaluatie van dit type menselijke specimens mogelijk wordt. Geavanceerde technologieën in proteomics, metabolomics, GC/LC-massaspectrometrie en patroonherkenningsberekening genereren een veld van uitgeademde biomarkerprofilering, genaamd "breathomics". Na de vaststelling van de metabolomische profilering van EBC bij patiënten met ALI, ARDS of cardiogeen longoedeem, zou een nuttig en krachtig niet-invasief hulpmiddel voor ALI/ARDS-diagnose en uitkomstvoorspelling kunnen worden opgezet.

Metabolomics, of metabonomics, is een grootschalige benadering voor het monitoren van zoveel mogelijk verbindingen die betrokken zijn bij cellulaire processen in een enkele assay om metabolische profielen af ​​te leiden. Hoewel metabolomics eerst verwees naar het monitoren van individuele cellen en metabonomics naar meercellige organismen, worden deze termen nu vaak door elkaar gebruikt. Metabole veranderingen vinden plaats via een aantal mechanismen, waaronder directe genetische regulatie en veranderingen in enzymatische en metabolische reacties. Metabolomics maakt een globale beoordeling mogelijk van een cellulaire toestand binnen de context van de directe omgeving, rekening houdend met genetische regulatie, veranderde kinetische activiteit van enzymen en veranderingen in metabolische reacties. Dus, vergeleken met genomics of proteomics, weerspiegelt metabolomics veranderingen in fenotype en dus functie. Technieken die worden toegepast op metabole profilering zijn onder meer nucleaire magnetische resonantie (NMR) en massaspectrometrie (MS). Metabolomics hebben het voordeel dat ze kunnen zoeken naar eiwitten of metabolieten in het bloed of de urine. Metabolomics kunnen nuttig zijn voor het begrijpen van metabole onevenwichtigheden en voor de diagnose van ziekten bij de mens. Meer dan 30 endogene metabolieten zijn bestudeerd in borstweefsel en borstkanker vertoont verhoogde totale choline-bevattende verbindingen (tCho), lage glycerofosfocholine en lage glucose in vergelijking met goedaardige tumoren of gezond weefsel. Net als borstkanker vertoont prostaatkanker een duidelijk metabool profiel dat wordt gekenmerkt door hoge tCho- en fosfocholinespiegels, samen met een toename van de glycolytische producten lactaat en alanine. Bij prostaatkanker kan citraat ook een marker zijn van responsiviteit op de behandeling. Deze resultaten tonen het potentiële nut van metabolomics bij de diagnose van kanker en klinische evaluatie.

Chemische ademtesten hebben een breed spectrum aan toepassingen, variërend van meting van de uitgeademde stikstofoxidefractie (FeNO) om het effect van ontstekingsremmende behandeling bij astma te volgen, tot de bepaling van vluchtige organische stoffen (VOC) en niet-vluchtige biomarkerprofilering in het gekoelde ademmonster genaamd uitgeademd ademcondensaat (EBC). Omdat het volledig niet-invasief is, stelt het bemonsteren van de adem clinici en onderzoekers in staat om verschillende lichaamsfuncties op een flexibele manier te beoordelen. Daarom wordt ademtesten beschouwd als een potentieel ideale kandidaat voor screeningsdoeleinden. Naast algemeen bekende bestanddelen zoals stikstof, zuurstof, kooldioxide, inerte gassen en waterdamp, bestaat uitgeademde adem ook uit duizenden vluchtige en niet-vluchtige componenten, voornamelijk in kleine hoeveelheden, waardoor detectie een uitdagende taak is. Het gebruik van innovatieve "-omics"-technologieën, waaronder proteomics, metabolomics, massaspectromics, gaschromatografie/massaspectrometrie (GC-MS) en ionenmobiliteitsspectrometrieën, biedt een groot potentieel op het gebied van uitgeademde biomarkerprofilering. In tegenstelling tot bronchoalveolaire lavage (BAL) en sputuminductie, waarbij hypertone zoutoplossing wordt ingeademd om hoest en mogelijk bronchoconstrictie op te wekken, heeft EBC geen invloed op de luchtwegfunctie en veroorzaakt het geen ontsteking. Het kan gemakkelijk en veilig worden uitgevoerd bij patiënten met een ernstige ziekte en maakt zelfs herhaalde metingen mogelijk. Als zodanig is dit een relatief nieuw veld met potentieel voor meer studies om acuut longletsel door metabolomics te onderzoeken.