Ocena lotnych związków organicznych w kale w diagnostyce nieswoistych zapaleń jelit u dzieci (VOCs)

Nieswoiste zapalenie jelit (IBD) jest narastającym i znaczącym problemem wieku dziecięcego. Rozpoznanie i monitorowanie NZJ u dzieci jest wysoce inwazyjne i towarzyszy mu ryzyko, stres/lęk dla dzieci i rodzin oraz znaczne wykorzystanie zasobów opieki zdrowotnej. Dzieci, młodzież i rodziny powiedziały śledczym, że nieinwazyjny test diagnostyczny jest priorytetem dla NHS.

NZJ jest nieuleczalną przewlekłą, nawrotową chorobą o nieznanej etiologii. W ostatnich latach jego częstość znacznie wzrosła na całym świecie, przy czym najwyższą częstość odnotowano w Europie (322/100 000 populacji w przypadku CD; 505/100 000 w przypadku UC). Wyraźny wzrost częstości występowania obserwowano u dzieci, zwłaszcza na półkuli północnej, głównie ze względu na wzrost zachorowalności na chorobę Leśniowskiego-Crohna. Do 25% IBD rozpoczyna się w dzieciństwie lub w okresie dojrzewania.

Wczesna postać IBD, prawdopodobnie spowodowana dziedziczeniem większej liczby genów podatności i/lub wcześniejszą ekspozycją na czynniki środowiskowe, różni się od tej występującej u dorosłych. U dzieci zapalenie występuje najczęściej w okrężnicy, co komplikuje różnicowanie między CD a UC. CD o wczesnym początku występuje częściej u chłopców (podczas gdy choroba o początku w wieku dorosłym występuje częściej u kobiet) i ma zwykle większy zasięg z większym zajęciem górnego odcinka jelita. Zapalenie okrężnicy u dzieci z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego jest również bardziej rozległe niż u dorosłych.

Przy wstępnej prezentacji u wszystkich podejrzanych dzieci wymagana jest endoskopia górnego i dolnego odcinka jelita grubego (wymagająca dwóch dni oczyszczenia jelita i zwykle znieczulenia ogólnego) oraz obrazowanie jelita cienkiego za pomocą enterografii rezonansu magnetycznego lub endoskopii z kapsułką bezprzewodową. Chociaż poważne zdarzenia niepożądane są rzadkie, te inwazyjne badania są bardzo stresujące dla dzieci i ich rodzin oraz pochłaniają znaczne zasoby szpitalne. Podjęcie tych badań opóźnia rozpoznanie i rozpoczęcie leczenia.

Potrzebne są dokładne, nieinwazyjne, szybkie i niedrogie narzędzia diagnostyczne, które można zastosować w klinice lub na oddziale, oraz lepsze sposoby różnicowania CD od UC. NICE zaleca, aby kalprotektyna w kale (FC), niespecyficzny marker zapalenia jelit, odróżniała IBD od niezapalnych zaburzeń jelit, takich jak zespół jelita drażliwego (https://www.nice.org.uk/guidance/dg11) i opracowano test przyłóżkowy (http://www.buhlmannlabs.ch/core/quantum-blue/calprotectin/). Niedawna metaanaliza (394 IBD/321 grupa kontrolna bez IBD) wykazała łączną czułość i swoistość FC w diagnostyce IBD u dzieci na poziomie 0,98 (95% przedział ufności: 0,95-1,0). i odpowiednio 0,68 (0,50-0,86). Niska swoistość wskazuje, że potrzebny jest alternatywny lub dodatkowy test o wyższej swoistości, aby skrócić czas do postawienia diagnozy i uniknąć niepotrzebnych badań u wielu dzieci.

Pomiary lotnych związków organicznych (LZO) w wydychanym powietrzu i oparach z różnych tkanek ludzkich (mocz, stolec, krew) cieszą się dużym zainteresowaniem w diagnostyce i monitorowaniu szerokiego zakresu chorób. LZO emitowane z kału są odpowiedzialne za zapach kału i składają się z dużej liczby cząsteczek opartych na węglu o niskiej masie cząsteczkowej (<1,5 Kd), w tym kwasów organicznych, alkoholi, estrów, związków heterocyklicznych, aldehydów, ketonów i alkanów. Wynikają one z metabolizmu błony śluzowej jelit i mikroflory jelitowej, a ich obfitość zmienia się w zależności od specyficznego wpływu chorób jelit na te procesy.

Badacze wykazali, że lotne związki organiczne w kale są stosunkowo stabilne w czasie w obrębie poszczególnych osób i między nimi pomimo codziennych różnic w diecie i nie mają na nie wpływu zamrażanie i przechowywanie próbek kału. Zoptymalizowaliśmy procedury postępowania z kałem w celu ekstrakcji metabolitów na potrzeby analizy metodą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS) (objętość próbki, powlekanie włókien mikroekstrakcyjnymi do fazy stałej, warunki ekstrakcji [temperatura i czas] oraz objętość fiolki, a także opracowaliśmy zaawansowane statystyki metody wymagane do określenia i porównania profili LZO.

Badacze wykazali, że analiza LZO oddziela dorosłych pacjentów z zespołem jelita drażliwego z przewagą biegunki (n=30) od pacjentów z aktywną CD (62) i UC (n=48; czułość 94% i 96% oraz swoistość 82% i odpowiednio 80%; p<0,05). Nasze dane dotyczące dorosłych silnie sugerują, że LZO odróżniają CD od UC, a także zapalenie jelita grubego Crohna od UC (Ahmed 2013). Niedawno badania wykazały, że LZO rozróżniają również aktywną i nieaktywną CD i UC u dorosłych pacjentów (Ahmed 2016).

Pomimo tych zachęcających wyników, biorąc pod uwagę różnice w IBD między dorosłymi a dziećmi oraz fakt, że mikroflora jelitowa zmienia się wraz z wiekiem, nie można zakładać, że testy diagnostyczne, które są skuteczne u dorosłych, będą koniecznie działać u dzieci. Dlatego tę technologię należy przetestować na dzieciach. W badaniu potwierdzającym zasadę, LZO w kale odróżniały dzieci z nieswoistym zapaleniem jelit od zdrowych dzieci zarówno podczas aktywnej choroby, jak i remisji. Jednak badacze nie są świadomi żadnych wcześniejszych badań z udziałem dzieci, w których oceniano przydatność LZO w kale w różnicowaniu IBD z innymi powszechnymi zaburzeniami żołądkowo-jelitowymi w warunkach ambulatoryjnych lub w monitorowaniu odpowiedzi na leczenie.

Pomiar LZO w świeżych próbkach kału za pomocą sprzętu stołowego w klinice lub na oddziale będzie możliwy w niedalekiej przyszłości. Uniwersytet w Liverpoolu jest właścicielem własności intelektualnej do opracowania instrumentu do opieki w miejscu opieki. Rozwój tej technologii jest wspierany przez University of Liverpool i Cancer Research UK (ten ostatni do pomiaru LZO w moczu w celu wykrycia raka pęcherza i prostaty). Partnerzy przemysłowi są zaangażowani w udoskonalanie prototypu gotowego do formowania i produkcji w tym roku. Celem jest wprowadzenie do sprzedaży w UE w pełni przetestowanego, oznakowanego znakiem CE instrumentu do leczenia raka pęcherza moczowego i prostaty w 2020/1 oraz IBD/zespołu jelita drażliwego w 2022 r.