Biomarkery w kondensatach wydychanego powietrza w ostrym uszkodzeniu płuc: wczesne wykrywanie i prognozy wyników

Ostre uszkodzenie płuc (ALI) i zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) są głównymi przyczynami śmiertelności i zachorowalności na oddziałach intensywnej terapii (OIOM). Przyczyny ALI/ARDS różnią się w zależności od pacjenta, w tym posocznica, aspiracja, ogólnoustrojowe zapalenie, uraz, transfuzja krwi itp. Dzięki wczesnemu wykryciu i leczeniu wskaźnik przeżycia może znacznie wzrosnąć. Jednak często trudno jest odróżnić ALI/ARDS od kardiogennego obrzęku płuc lub innych przyczyn, nawet przy użyciu zaawansowanej technologii i narzędzi inwazyjnych. Potencjalnym narzędziem jest test chemiczny wydychanego powietrza, począwszy od pomiaru wydychanych gazów, takich jak wydychany tlenek azotu lub tlenek węgla, po oznaczanie lotnych związków organicznych i profilowanie nielotnych biomarkerów. Całkowicie nieinwazyjne pobieranie próbek kondensatów wydychanego powietrza (EBC) umożliwia klinicystom i naukowcom ocenę funkcji organizmu w łatwiejszy i elastyczny sposób. Wydychany oddech zawiera tysiące związków lotnych i nielotnych w śladowych ilościach. Dlatego dopiero od niedawna, po opracowaniu najnowocześniejszych technologii analizy próbek o wysokiej czułości, ocena tego typu próbek ludzkich staje się możliwa. Zaawansowane technologie w proteomice, metabolomice, spektrometrii masowej GC/LC-Mass i obliczeniach rozpoznawania wzorców generują dziedzinę profilowania biomarkerów wydychanych, zwaną „breatomiką”. Po ustaleniu profilowania metabolomicznego EBC u pacjentów z ALI, ARDS lub kardiogennym obrzękiem płuc można stworzyć przydatne i wydajne nieinwazyjne narzędzie do diagnozy ALI/ARDS i przewidywania wyników.

Metabolomika lub metabonomika to wielkoskalowe podejście do monitorowania jak największej liczby związków biorących udział w procesach komórkowych w jednym teście w celu uzyskania profili metabolicznych. Chociaż metabolomika początkowo odnosiła się do monitorowania poszczególnych komórek, a metabonomika odnosiła się do organizmów wielokomórkowych, obecnie terminy te są często używane zamiennie. Zmiany metaboliczne zachodzą poprzez szereg mechanizmów, w tym bezpośrednią regulację genetyczną i zmiany w reakcjach enzymatycznych i metabolicznych. Metabolomika pozwala na całościową ocenę stanu komórki w kontekście jej najbliższego otoczenia, z uwzględnieniem regulacji genetycznej, zmienionej aktywności kinetycznej enzymów oraz zmian w reakcjach metabolicznych. Tak więc, w porównaniu z genomiką lub proteomiką, metabolomika odzwierciedla zmiany w fenotypie, a tym samym funkcji. Techniki stosowane do profilowania metabolicznego obejmują jądrowy rezonans magnetyczny (NMR) i spektrometrię mas (MS). Metabolomika ma tę zaletę, że umożliwia wyszukiwanie białek lub metabolitów we krwi lub moczu. Metabolomika może być przydatna do zrozumienia zaburzeń równowagi metabolicznej i do diagnozowania chorób człowieka. Zbadano ponad 30 endogennych metabolitów w tkance piersi, a rak piersi wykazuje podwyższoną całkowitą zawartość związków zawierających cholinę (tCho), niski poziom glicerofosfocholiny i niski poziom glukozy w porównaniu z łagodnymi guzami lub zdrową tkanką. Podobnie jak rak piersi, rak prostaty wykazuje odrębny profil metaboliczny charakteryzujący się wysokimi poziomami tCho i fosfocholiny, wraz ze wzrostem produktów glikolitycznych mleczanu i alaniny. W raku prostaty cytrynian może być również markerem odpowiedzi na leczenie. Wyniki te pokazują potencjalną użyteczność metabolomiki w diagnostyce raka i ocenie klinicznej.

Testy chemiczne wydychanego powietrza mają szerokie spektrum zastosowań, począwszy od pomiaru frakcji tlenku azotu w wydychanym powietrzu (FeNO) w celu monitorowania efektu leczenia przeciwzapalnego w astmie, po oznaczanie lotnych związków organicznych (VOC) i profilowanie nielotnych biomarkerów w schłodzonej próbce oddechu zwanej wydychanym powietrzem kondensat oddechowy (EBC). Całkowicie nieinwazyjne pobieranie próbki oddechu pozwala klinicystom i naukowcom na elastyczną ocenę różnych funkcji organizmu. Dlatego badanie oddechu jest uważane za potencjalnie idealnego kandydata do celów przesiewowych. Oprócz powszechnie znanych składników, takich jak azot, tlen, dwutlenek węgla, gazy obojętne i para wodna, wydychany oddech składa się również z tysięcy lotnych i nielotnych składników, głównie w ilościach śladowych, co sprawia, że ​​wykrywanie jest trudnym zadaniem. Wykorzystanie innowacyjnych technologii „-omiki”, w tym proteomiki, metabolomiki, spektromiki mas, chromatografii gazowej/spektrometrii mas (GC-MS) oraz spektrometrii ruchliwości jonów, stwarza ogromny potencjał w dziedzinie profilowania biomarkerów wydychanych. W przeciwieństwie do płukania oskrzelowo-pęcherzykowego (BAL) i indukcji plwociny, które obejmuje wdychanie hipertonicznej soli fizjologicznej w celu wywołania kaszlu i prawdopodobnie skurczu oskrzeli, EBC nie wpływa na czynność dróg oddechowych ani nie powoduje stanu zapalnego. Można go łatwo i bezpiecznie przeprowadzić u pacjentów z ciężką chorobą, a nawet umożliwia wielokrotne wykonywanie pomiarów. W związku z tym jest to stosunkowo nowa dziedzina z potencjałem do przeprowadzenia większej liczby badań w celu zbadania ostrego uszkodzenia płuc za pomocą metabolomiki.