Substancje lotne w analizie oddechu i przestrzeni nad głową - markery diagnostyczne (Volatolome)

Badanie proponuje zbadanie nowatorskiego podejścia do diagnozowania i monitorowania chorób. Podejście opiera się na wykrywaniu lotnych związków organicznych (LZO), które są emitowane z komórek i wykrywane bezpośrednio z tkanek, takich jak skóra, materiał chirurgiczny, krew, a także z wydychanego powietrza.

W literaturze istnieje kilka doniesień na temat LZO, które można wykryć za pomocą chromatografii gazowej – spektrometrii mas (GC-MS) bezpośrednio z: (i) przestrzeni nad komórkami gruźlicy (tj. mieszaniny lotnych biomarkerów uwięzionych nad komórkami gruźlicy w szczelne naczynie); (ii) wydychanego powietrza lub (iii) z moczu. Doskonałe wyniki w wykrywaniu gruźlicy za pomocą układu nanoczujników wykazali Nakhleh i wsp., osiągając 90% czułość, 93% swoistość i 92% dokładność w rozróżnianiu zdrowych i chorych pacjentów za pomocą elektronicznych urządzeń nosowych z jednym czujnikiem. Żadne z zgłoszonych badań nie wykazało wstępnego rozpoznania LZO związanych z gruźlicą i nie określiło ilościowo różnic stężeń między próbkami od chorych i zdrowych osób kontrolnych. Dalsze badanie LZO związanego z gruźlicą wydychanego powietrza za pomocą GC-MS poprawi wiedzę i jednocześnie pomoże ulepszyć projekt macierzy nanosensorów.

Kilka badań wykazało, że wzorce LZO mogą być przenoszone przez skórę, a zatem skóra może być wykorzystywana jako źródło wykrywania i identyfikacji chorób. Zasada tego podejścia do wykrywania polega na tym, że zmiany związane z chorobą znajdują odzwierciedlenie w mierzalnych zmianach w skórze poprzez wymianę za pośrednictwem krwi. Ponadto kilka badań sugeruje, że poziomy LZO są podwyższone nawet we wczesnych stadiach choroby, ponieważ odzwierciedlają raczej zmianę chemii organizmu człowieka (w wyniku rozwoju stanu chorobowego), niż ilość zakażonych komórek . Badania uzupełniające wykazały, że lotne związki organiczne mogą być emitowane do skóry w ciągu kilku minut po pojawieniu się w zainfekowanej części ciała człowieka. Szczególnie istotne w tym podejściu jest to, że każdy rodzaj choroby (zakaźnej) ma swój własny, unikalny wzorzec LZO, a zatem obecność jednej choroby (zakaźnej) nie stanowiłaby badania przesiewowego innych typów chorób. Niemniej jednak, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, wykrywanie lotnych związków organicznych gruźlicy przez skórę nie zostało jeszcze zbadane. Dodatkowo wszystkie badania ukierunkowane na LZO skóry zostały przeprowadzone za pomocą technik spektrometrii i spektroskopii. W kilku przypadkach zastosowano elektroniczne urządzenia nosowe. Techniki te są potężnymi narzędziami do wykrywania LZO. Jednak do tej pory stosowanie tych technik było utrudnione ze względu na potrzebę posiadania średnio lub bardzo kosztownego sprzętu, wysoki poziom wiedzy specjalistycznej wymagany do obsługi takich instrumentów, szybkość wymaganą do pobierania próbek i analiz oraz potrzebę technik wstępnego zatężania. Aby testy LZO na skórze i testy oddechowe na gruźlicę stały się szeroko stosowane w praktyce klinicznej, musi nastąpić kilka postępów w wiedzy na temat LZO specyficznych dla gruźlicy i rozwoju czujników. Nanocząstki zawierające elastyczne czujniki, oparte na filmach organicznych, mają większe szanse stać się klinicznym narzędziem diagnostycznym, ponieważ są znacznie mniejsze, łatwiejsze w użyciu i znacznie tańsze.

W ostatnich latach kompleksowe badania wykazały doskonałe dane dotyczące wykorzystania LZO z wydychanego powietrza jako narzędzia do diagnozowania raka żołądka. W jednym z największych badań przeprowadzonych przez chińskie i łotewskie ośrodki nowotwory można było zidentyfikować z 89% czułością i 90% swoistością po walidacji krzyżowej, niezależnie od ważnych czynników zakłócających u pacjentów z żołądkiem, takich jak palenie tytoniu lub spożywanie alkoholu oraz zakażenie H. pylori . Test oddechowy do oceny stopnia zaawansowania GC można również wykazać, odróżniając raki w stadium I i II od raków w stadium III i IV z 89% czułością i 94% swoistością. W badaniach tych wykorzystano zarówno technologię spektometrii mas, jak i technologie nanoczujników. Najnowsze badanie opublikowane w czasopiśmie ASC Nano w styczniu 2017 r. donosiło o szerszym zastosowaniu czujników nanoarry w analizie oddechu. Eksperymenty na ślepo wykazały, że dzięki sztucznie inteligentnej nanomacierzy można osiągnąć dokładność 86%, umożliwiając zarówno wykrywanie, jak i rozróżnianie różnych badanych stanów chorobowych (przewlekła niewydolność nerek, idiopatyczna choroba Parkinsona, atypowy parkinsonizm, stwardnienie rozsiane, choroba Leśniowskiego-Crohna, wrzodziejące zapalenie jelita grubego, zespół jelita drażliwego, tętnicze nadciśnienie płucne, stan przedrzucawkowy u kobiet w ciąży, nowotwory głowy i szyi, rak płuca, rak jelita grubego, rak pęcherza moczowego, rak nerki, rak prostaty, rak żołądka i rak jajnika. Analiza sztucznie inteligentnej nanomacierzy wykazała również, że każda choroba ma swój własny, niepowtarzalny ślad oddechowy i że obecność jednej choroby nie wyklucza innych.

Dlatego niniejsze badanie ma na celu przetestowanie technologii wykrywania LZO jako narzędzi diagnostycznych i monitorujących choroby przewodu pokarmowego i choroby zakaźne.