Evaluering av fekale flyktige organiske forbindelser i diagnostisering av pediatrisk inflammatorisk tarmsykdom (VOCs)

Inflammatorisk tarmsykdom (IBD) er et økende og betydelig problem i barndommen. Diagnostisering og overvåking av IBD hos barn er svært invasiv og er ledsaget av risiko, stress/angst for barn og familier og betydelig bruk av helseressurser. Barn, unge og familier har fortalt etterforskere at en ikke-invasiv diagnostisk test er en prioritet for NHS.

IBD er en uhelbredelig kronisk, tilbakefallende tilstand med ukjent etiologi. Frekvensen har økt markant over hele verden de siste årene med den høyeste forekomsten rapportert i Europa (322/100 000 innbyggere for CD; 505/100 000 for UC). En markant økt forekomst har blitt sett hos barn, spesielt på den nordlige halvkule og hovedsakelig på grunn av en økning i Crohns sykdom. Opptil 25 % av IBD starter i barndommen eller ungdomsårene.

Tidlig oppstått IBD, muligens på grunn av nedarving av et større antall følsomhetsgener og/eller tidligere eksponering for miljøutløsere, skiller seg fra det som forekommer hos voksne. Hos barn forekommer betennelse oftest i tykktarmen, noe som kompliserer differensiering mellom CD og UC. Tidlig debuterende CD er mer vanlig hos gutter (mens voksendebut sykdom forekommer mer vanlig hos kvinner) og har en tendens til å være mer omfattende med større involvering av øvre tarm. Kolonbetennelse hos barn med UC har også en tendens til å være mer omfattende enn hos voksne.

Ved første presentasjon hos alle mistenkte barn er øvre og nedre intestinal endoskopi (krever to dager med tarmrensing og vanligvis generell anestesi) og tynntarmsavbildning ved magnetisk resonans enterografi eller trådløs kapselendoskopi. Selv om alvorlige uønskede hendelser er uvanlige, er disse invasive undersøkelsene svært belastende for barn og deres familier og bruker betydelige sykehusressurser. Å foreta disse undersøkelsene forsinker diagnosen og starten av behandlingen.

Nøyaktige, ikke-invasive, raske og kostnadseffektive diagnostiske verktøy som kan brukes i klinikken eller avdelingen og bedre måter å skille CD fra UC er nødvendig. Fecal calprotectin (FC), en ikke-spesifikk markør for tarmbetennelse, anbefales av NICE for å skille IBD fra ikke-inflammatoriske tarmsykdommer som irritabel tarmsyndrom (https://www.nice.org.uk/guidance/dg11) og en pasientnær test er utviklet (http://www.buhlmannlabs.ch/core/quantum-blue/calprotectin/). En fersk metaanalyse (394 IBD/321 ikke-IBD-kontroller) rapporterte en samlet sensitivitet og spesifisitet av FC i diagnosen IBD hos barn på 0,98 (95 % konfidensintervall: 0,95-1,0) og 0,68 (0,50-0,86). Den lave spesifisiteten indikerer at en alternativ eller tilleggstest med høyere spesifisitet er nødvendig for å redusere tiden til diagnose og unngå at mange barn gjennomgår unødvendige undersøkelser.

Det er stor interesse for måling av flyktige organiske forbindelser (VOC) i pust og damper fra ulike menneskelige vev (urin, avføring, blod) ved diagnostisering og overvåking av et bredt spekter av sykdommer. VOC-er som slippes ut fra avføring er ansvarlige for avføringslukt og består av et stort antall karbonbaserte molekyler med lav molekylmasse (<1,5Kd) inkludert organiske syrer, alkoholer, estere, heterosykliske forbindelser, aldehyder, ketoner og alkaner. De er et resultat av metabolismen av tarmslimhinnen og tarmmikrobiotaen og deres overflod endres i henhold til de spesifikke effektene av tarmsykdommer på disse prosessene.

Etterforskere har vist at fekale VOC er relativt stabile over tid innen og mellom individer til tross for daglig variasjon i kostholdet og ikke påvirkes av frysing og lagring av avføringsprøver. Vi har optimaliserte prosedyrer for avføringshåndtering for metabolittekstraksjon for gasskromatografi-massespektrometri (GC-MS) analyse (prøvevolum, fastfase mikroekstraksjonsfiberbelegg, ekstraksjonsforhold [temperatur og tid] og ampullevolum, og har også utviklet den avanserte statistikken metoder som kreves for å bestemme og sammenligne VOC-profiler.

Undersøkere har vist at analysen av VOC skiller voksne pasienter med diaré-dominerende irritabel tarm-syndrom (n=30) fra de med aktiv CD (62) og UC (n=48; sensitivitet på 94 % og 96 % og spesifisitet på 82 % og 80 % henholdsvis p<0,05). Våre data hos voksne tyder sterkt på at VOC skiller CD fra UC, og også Crohns kolitt fra UC (Ahmed 2013). Nylig har forskning vist at VOC også skiller mellom aktiv og inaktiv CD og UC hos voksne pasienter (Ahmed 2016).

Til tross for disse oppmuntrende funnene, gitt forskjellene i IBD mellom voksne og barn og at tarmmikrobiota endres med alderen, kan det ikke antas at diagnostiske tester som er effektive hos voksne, nødvendigvis vil fungere på barn. Derfor må denne teknologien testes på barn. I en proof of principle-studie differensierte fekale VOC barn med IBD fra friske barn både under aktiv sykdom og remisjon. Etterforskerne er imidlertid ikke klar over noen tidligere studier hos barn som har evaluert nytten av fekale VOC for å skille IBD fra andre vanlige gastrointestinale lidelser i poliklinisk setting eller ved overvåking av respons på behandling.

Måling av VOC i ferske avføringsprøver ved bruk av benkutstyr i klinikken eller avdelingen vil være mulig i nær fremtid. University of Liverpool eier den intellektuelle eiendommen for utviklingen av et instrument for behandlingspunkt. Utviklingen av denne teknologien støttes av University of Liverpool og Cancer Research UK (sistnevnte for måling av VOC i urin for å oppdage blære- og prostatakreft). Industripartnere er engasjert i å foredle prototypen klar for støping og produksjon i år. Målet er å ha et fullt testet, CE-merket, behandlingspunkt-instrument for salg i EU for blære- og prostatakreft i 2020/1 og for IBD/irritabel tarm-syndrom i 2022.