Evaluatie van vluchtige organische stoffen in de feces bij de diagnose van inflammatoire darmaandoeningen bij kinderen (VOCs)

Inflammatoire darmziekte (IBD) is een groeiend en aanzienlijk probleem in de kindertijd. De diagnose en monitoring van IBD bij kinderen is zeer invasief en gaat gepaard met risico's, stress/angst voor kinderen en gezinnen en een aanzienlijk gebruik van gezondheidszorgmiddelen. Kinderen, jongeren en gezinnen hebben de onderzoekers verteld dat een niet-invasieve diagnostische test een prioriteit is voor de NHS.

IBD is een ongeneeslijke chronische, recidiverende aandoening van onbekende etiologie. De frequentie ervan is de afgelopen jaren over de hele wereld aanzienlijk toegenomen, met de hoogste gerapporteerde prevalentie in Europa (322/100.000 inwoners voor CD; 505/100.000 voor UC). Er is een duidelijk verhoogde incidentie waargenomen bij kinderen, vooral op het noordelijk halfrond, grotendeels als gevolg van een toename van de ziekte van Crohn. Tot 25% van IBD begint in de kindertijd of adolescentie.

Vroeg beginnende IBD, mogelijk als gevolg van overerving van een groter aantal gevoeligheidsgenen en/of eerdere blootstelling aan triggers uit de omgeving, verschilt van die bij volwassenen. Bij kinderen komt ontsteking het meest voor in de dikke darm, wat de differentiatie tussen CD en CU bemoeilijkt. CD met vroege aanvang komt vaker voor bij jongens (terwijl ziekte met aanvang op volwassen leeftijd vaker voorkomt bij vrouwen) en heeft de neiging uitgebreider te zijn met een grotere betrokkenheid van de bovenste darm. Colonontsteking bij kinderen met CU is ook vaak uitgebreider dan bij volwassenen.

Bij de eerste presentatie bij alle verdachte kinderen zijn endoscopie van de bovenste en onderste darm (waarvoor twee dagen darmreiniging nodig is en gewoonlijk algemene verdoving) en beeldvorming van de dunne darm door middel van magnetische resonantie-enterografie of draadloze capsule-endoscopie vereist. Hoewel ernstige ongewenste voorvallen ongebruikelijk zijn, zijn deze invasieve onderzoeken zeer stressvol voor kinderen en hun families en verbruiken ze aanzienlijke ziekenhuismiddelen. Het uitvoeren van deze onderzoeken vertraagt ​​de diagnose en start van de behandeling.

Nauwkeurige, niet-invasieve, snelle en kosteneffectieve diagnostische hulpmiddelen die kunnen worden gebruikt in de kliniek of afdeling, en betere middelen om CD van UC te onderscheiden, zijn nodig. Fecale calprotectine (FC), een niet-specifieke marker van darmontsteking, wordt aanbevolen door NICE om IBD te onderscheiden van niet-inflammatoire darmaandoeningen zoals het prikkelbare darm syndroom (https://www.nice.org.uk/guidance/dg11) en er is een near-patient test ontwikkeld (http://www.buhlmannlabs.ch/core/quantum-blue/calprotectin/). Een recente meta-analyse (394 IBD/321 niet-IBD-controles) meldde een gepoolde sensitiviteit en specificiteit van FC bij de diagnose van IBD bij kinderen van 0,98 (95% betrouwbaarheidsinterval: 0,95-1,0) en 0,68 (0,50-0,86) respectievelijk. De lage specificiteit geeft aan dat een alternatieve of aanvullende test met een hogere specificiteit nodig is om de tijd tot diagnose te verkorten en te voorkomen dat veel kinderen onnodige onderzoeken ondergaan.

Er is grote belangstelling voor het meten van vluchtige organische stoffen (VOS) in adem en dampen uit verschillende menselijke weefsels (urine, ontlasting, bloed) bij de diagnose en monitoring van een breed scala aan ziekten. VOC's die worden uitgestoten door ontlasting zijn verantwoordelijk voor de geur van ontlasting en bestaan ​​uit een groot aantal op koolstof gebaseerde moleculen met een laag molecuulgewicht (<1,5 Kd), waaronder organische zuren, alcoholen, esters, heterocyclische verbindingen, aldehyden, ketonen en alkanen. Ze zijn het resultaat van het metabolisme van het darmslijmvlies en de darmmicrobiota en hun overvloed verandert volgens de specifieke effecten van darmziekten op deze processen.

Onderzoekers hebben aangetoond dat fecale VOC's in de loop van de tijd relatief stabiel zijn binnen en tussen individuen, ondanks de dagelijkse variatie in voeding, en niet worden beïnvloed door het invriezen en bewaren van ontlastingsmonsters. We hebben procedures geoptimaliseerd voor het hanteren van ontlasting voor metabolietextractie voor gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS)-analyse (monstervolume, vaste fase micro-extractie vezelcoating, extractieomstandigheden [temperatuur en tijd] en flesjevolume en ontwikkelden ook de geavanceerde statistische methoden die nodig zijn voor het bepalen en vergelijken van VOS-profielen.

Onderzoekers hebben aangetoond dat de analyse van VOS volwassen patiënten met diarree-overheersend prikkelbaredarmsyndroom (n=30) onderscheidt van patiënten met actieve CD (62) en UC (n=48; sensitiviteit van 94% en 96% en specificiteit van 82% respectievelijk 80%; p<0,05). Onze gegevens bij volwassenen suggereren sterk dat VOC's coeliakie onderscheiden van UC, en ook colitis van Crohn van UC (Ahmed 2013). Meer recentelijk heeft onderzoek aangetoond dat VOC's ook onderscheid maken tussen actieve en inactieve coeliakie en UC bij volwassen patiënten (Ahmed 2016).

Ondanks deze bemoedigende bevindingen, gezien de verschillen in IBD tussen volwassenen en kinderen en gezien het feit dat de darmmicrobiota verandert met de leeftijd, kan niet worden aangenomen dat diagnostische tests die effectief zijn bij volwassenen, noodzakelijkerwijs zullen werken bij kinderen. Daarom moet deze technologie bij kinderen worden getest. In een proof-of-principle-onderzoek onderscheidden fecale VOC's kinderen met IBD van gezonde kinderen, zowel tijdens actieve ziekte als tijdens remissie. Onderzoekers zijn echter niet op de hoogte van eerdere onderzoeken bij kinderen waarin het nut van fecale VOC's is geëvalueerd bij het onderscheiden van IBD van andere veelvoorkomende gastro-intestinale aandoeningen in een poliklinische setting of bij het monitoren van de respons op behandeling.

Meting van VOC's in verse ontlastingsmonsters met behulp van tafelapparatuur in de kliniek of afdeling zal in de nabije toekomst mogelijk zijn. De Universiteit van Liverpool bezit het intellectuele eigendom voor de ontwikkeling van een point-of-care-instrument. De ontwikkeling van deze technologie wordt ondersteund door de Universiteit van Liverpool en Cancer Research UK (de laatste voor het meten van VOS in urine om blaas- en prostaatkanker op te sporen). Industriële partners zijn bezig met het verfijnen van het prototype, klaar voor gieten en productie dit jaar. Het doel is om in 2020/1 een volledig getest, CE-gemarkeerd, point-of-care-instrument te koop te hebben in de EU voor blaas- en prostaatkanker en in 2022 voor IBD/prikkelbaredarmsyndroom.