Flyktige stoffer i puste- og headspace-analyse - Diagnostiske markører (Volatolome)

Studien foreslår å utforske en ny tilnærming for diagnostisering og overvåking av sykdommer. Tilnærmingen er basert på påvisning av flyktige organiske forbindelser (VOC) som sendes ut fra cellene og detekteres direkte fra vev, som hud, operasjonsmateriale, blod samt fra utåndet pust.

I litteraturen er det flere rapporter om VOC som kan påvises ved gasskromatografi - massespektrometri (GC-MS) betyr direkte fra: (i) headspace av TB-celler (dvs. blandingen av flyktige biomarkører fanget over TB-cellene i et forseglet kar); (ii) utåndingen eller (iii) fra urin. Utmerkede resultater i påvisning av tuberkulosesykdommen ved bruk av nanosensor-array ble vist av Nakhleh et al. oppnådde 90 % sensitivitet, 93 % spesifisitet og 92 % nøyaktighet i diskriminering mellom friske og syke pasienter ved bruk av elektroniske neseenheter med en enkelt sensor. Ingen av de rapporterte studiene identifiserte den tentative gjenkjennelsen av tuberkuloserelaterte VOC og kvantifiserte konsentrasjonsforskjellene mellom prøver fra syke og friske kontroller. Ytterligere undersøkelser av tuberkuloserelatert VOC ved utånding ved hjelp av GC-MS vil forbedre kunnskapen og vil samtidig bidra til å forbedre designen av nanosensormatrisen.

Flere studier har vist at sykdomsklassifiserte VOC-mønstre kan overføres gjennom huden, og derfor kan hud brukes som en kilde for sykdomsdeteksjon og identifikasjon. Prinsippet for denne deteksjonstilnærmingen er at sykdomsrelaterte endringer reflekteres i målbare endringer i huden gjennom utveksling via blodet. I tillegg har flere studier antydet at VOC-nivåene er forhøyede selv i tidlige stadier av sykdommen, fordi de reflekterer en endring i menneskets kroppskjemi (som et resultat av utviklingen av sykdomstilstanden), snarere enn mengden av infiserte celler . Utfyllende studier har vist at VOC kan slippes ut til huden i løpet av minutter etter at de har dukket opp i den infiserte delen av menneskekroppen. Det som er spesielt viktig med denne tilnærmingen er at hver type (infeksjons)sykdom har sitt eget unike mønster av VOC, og derfor vil tilstedeværelsen av én (infeksjons)sykdom ikke screene andre sykdomstyper. Likevel, så langt vi vet, har påvisning av tuberkulose VOC gjennom huden ikke blitt undersøkt ennå. I tillegg har alle studier rettet mot hud-VOC blitt utført ved hjelp av spektrometri og spektroskopiteknikker. I få tilfeller ble elektroniske neseapparater brukt. Disse teknikkene er kraftige verktøy for å oppdage VOC. Men til dags dato har bruken av disse teknikkene blitt hindret av behovet for moderat til svært kostbart utstyr, det høye nivået av ekspertise som kreves for å betjene slike instrumenter, hastigheten som kreves for prøvetaking og analyse, og behovet for forhåndskonsentrasjonsteknikker. For at VOC-hudtesting og pustetesting av tuberkulose skal bli mye brukt i klinisk praksis, må flere fremskritt i kunnskapen om tuberkulosespesifikke VOC og sensorutvikling skje. Nanopartikler som inneholder fleksible sensorer, basert på organiske filmer, er mer sannsynlig å bli et klinisk diagnostisk verktøy, fordi de er betydelig mindre, enklere å bruke og betydelig rimeligere.

De siste årene har omfattende studier vist utmerkede data for bruk av VOC fra utåndet pust som verktøy for å diagnostisere magekreft. I en av de største studiene utført av kinesiske og latviske sentre, kunne malignitet identifiseres med 89 % sensitivitet og 90 % spesifisitet etter kryssvalidering, uavhengig av viktige forstyrrende faktorer hos magepasienter som tobakk eller alkoholforbruk og H. pylori-infeksjon . En pustetest for GC-stadie kan også demonstreres ved å skille stadium I&II-kreft fra stadium III&IV-kreft med 89 % sensitivitet og 94 % spesifisitet. Disse studiene brukte både massespektometri og nanosensorteknologier. Den siste studien publisert i ASC Nano journal i januar 2017 rapporterte om mer utvidet bruk av nanoarry-sensorer i pusteanalyse, blinde eksperimenter viste at 86 % nøyaktighet kunne oppnås med den kunstig intelligente nanoarrayen, noe som tillater både deteksjon og diskriminering mellom de forskjellige sykdomstilstandene som ble undersøkt (kronisk nyresvikt, idiopatisk Parkinsons sykdom, atypisk Parkinsonisme, multippel sklerose, Crohns sykdom, ulcerøs kolitt, irritabel tarm-syndrom, pulmonal arteriell hypertensjon, svangerskapsforgiftning hos gravide, hode- og nakkekreft, lungekreft, tykktarmskreft, blærekreft, nyrekreft, prostatakreft, magekreft og eggstokkreft. Analyse av den kunstig intelligente nanoarrayen viste også at hver sykdom har sitt eget unike pusteavtrykk, og at tilstedeværelsen av én sykdom ikke ville skjerme ut andre.

Derfor er denne studien rettet mot å teste VOC-er som oppdager teknologier som diagnostiske og overvåkingsverktøy for fordøyelseskanalen og infeksjonssykdommer.