Biomarkører i utåndet pust kondensater ved akutt lungeskade: Tidlig deteksjon og utfallsprediktorer

Akutt lungeskade (ALI) og akutt respiratorisk distress syndrom (ARDS) er de viktigste årsakene til dødelighet og sykelighet på intensivavdelingen (ICU). Årsakene til ALI/ARDS er forskjellige fra pasient til pasient, inkludert sepsis, aspirasjon, systemisk betennelse, traumer, blodoverføring, etc. Med tidlig oppdagelse og behandling kan overlevelsesraten bli betydelig forbedret. Imidlertid er det ofte vanskelig å skille ALI/ARDS fra kardiogent lungeødem eller andre årsaker, selv med avansert teknologi og invasive verktøy. Et potensielt verktøy er den kjemiske pustetesten, som strekker seg fra måling av utåndet gass, for eksempel utåndet nitrogenoksid eller karbonmonoksid, til bestemmelse av flyktige organiske forbindelser og profilering av ikke-flyktige biomarkører. Da det er fullstendig ikke-invasiv, lar prøvetaking av utåndingskondensatene (EBC) klinikere og forskere vurdere kroppsfunksjoner på en enklere og fleksibel måte. Utåndet pust inneholder tusenvis av flyktige og ikke-flyktige forbindelser i spormengder. Derfor er det ikke før nylig, etter utviklingen av svært sensitive banebrytende teknologier innen prøveanalyse, at evalueringen av denne typen menneskelige prøver blir mulig. Avanserte teknologier innen proteomikk, metabolomikk, GC/LC-massespektrometri og mønstergjenkjenningsberegning genererer et felt med utåndet biomarkørprofilering, kalt "breathomics". Etter etableringen av metabolomisk profilering av EBC hos pasienter med ALI, ARDS eller kardiogent lungeødem, kunne et nyttig og kraftig ikke-invasivt verktøy for ALI/ARDS-diagnose og resultatprediksjon settes opp.

Metabolomics, eller metabonomics, er en storstilt tilnærming for å overvåke så mange som mulig av forbindelsene involvert i cellulære prosesser i en enkelt analyse for å utlede metabolske profiler. Selv om metabolomikk først refererte til overvåking av individuelle celler og metabonomikk refererte til flercellede organismer, brukes disse begrepene nå ofte om hverandre. Metabolske endringer skjer gjennom en rekke mekanismer, inkludert direkte genetisk regulering og endringer i enzymatiske og metabolske reaksjoner. Metabolomikk gir mulighet for en global vurdering av en cellulær tilstand innenfor konteksten av det umiddelbare miljøet, tar hensyn til genetisk regulering, endret kinetisk aktivitet til enzymer og endringer i metabolske reaksjoner. Sammenlignet med genomikk eller proteomikk, reflekterer metabolomikk endringer i fenotype og derfor funksjon. Teknikker brukt på metabolsk profilering inkluderer kjernemagnetisk resonans (NMR) og massespektrometri (MS). Metabolomics har fordelen av å være i stand til å søke etter proteiner eller metabolitter i blodet eller urinen. Metabolomikk kan være nyttig for å forstå metabolske ubalanser og for diagnostisering av menneskelig sykdom. Over 30 endogene metabolitter har blitt studert i brystvev, og brystkreft viser forhøyede totale kolinholdige forbindelser (tCho), lavt glyserofosfokolin og lavt glukose sammenlignet med godartede svulster eller sunt vev. I likhet med brystkreft, viser prostatakreft en distinkt metabolsk profil preget av høye tCho- og fosfokolinnivåer, sammen med en økning i de glykolytiske produktene laktat og alanin. Ved prostatakreft kan sitrat også være en markør for respons på behandling. Disse resultatene viser den potensielle nytten av metabolomikk i kreftdiagnose og klinisk evaluering.

Pustekjemiske tester har et bredt spekter av bruksområder som spenner fra måling av utåndet nitrogenoksidfraksjon (FeNO) for å overvåke effekten av antiinflammatorisk behandling ved astma, til bestemmelse av flyktige organiske forbindelser (VOC) og profilering av ikke-flyktige biomarkører i den avkjølte pusteprøven kalt utåndet. pustekondensat (EBC). Ettersom det er fullstendig ikke-invasiv, lar prøvetaking av pusten klinikere og forskere vurdere ulike kroppsfunksjoner på en fleksibel måte. Derfor anses pustetesting for å være en potensielt ideell kandidat for screeningformål. Foruten kjente bestanddeler som nitrogen, oksygen, karbondioksid, inerte gasser og vanndamp, består utåndet pust også av tusenvis av flyktige og ikke-flyktige komponenter, hovedsakelig i spormengder, noe som gjør deteksjon til en utfordrende oppgave. Bruken av innovative "-omics"-teknologier, inkludert proteomikk, metabolomikk, massespektromikk, gasskromatografi/massespektrometri (GC-MS) og ionemobilitetsspektrometrier, gir et stort potensiale for feltet ekspirert biomarkørprofilering. I motsetning til bronkoalveolær lavage (BAL) og sputuminduksjon som involverer inhalering av hypertonisk saltvann for å indusere hoste og muligens bronkokonstriksjon, påvirker ikke EBC luftveisfunksjonen eller forårsaker betennelse. Det kan enkelt og trygt utføres på pasienter med alvorlig sykdom og til og med muliggjør gjentatte målinger. Som sådan er dette et relativt nytt felt med potensial for flere studier for å undersøke akutt lungeskade ved metabolomikk.