Летучие вещества в анализе дыхания и свободного пространства — диагностические маркеры (Volatolome)

В исследовании предлагается изучить новый подход к диагностике и мониторингу заболеваний. Подход основан на обнаружении летучих органических соединений (ЛОС), которые выделяются клетками и обнаруживаются непосредственно в тканях, таких как кожа, операционный материал, кровь, а также в выдыхаемом воздухе.

В литературе есть несколько сообщений о ЛОС, которые можно обнаружить с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) непосредственно из: (i) свободного пространства над клетками ТБ (т. е. смеси летучих биомаркеров, захваченных над клетками ТБ в герметичный сосуд); (ii) выдыхаемый воздух или (iii) моча. Отличные результаты в обнаружении туберкулеза с использованием массива наносенсоров были показаны Nakhleh et al. Они достигли 90% чувствительности, 93% специфичности и 92% точности при различении здоровых и больных пациентов с использованием электронных носовых устройств с одним датчиком. Ни в одном из опубликованных исследований не было выявлено предварительное распознавание летучих органических соединений, связанных с туберкулезом, и не была проведена количественная оценка различий в концентрации между образцами больных и здоровых людей. Дальнейшее исследование летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе, связанных с туберкулезом, с помощью ГХ-МС улучшит знания и одновременно поможет улучшить конструкцию массива наносенсоров.

Несколько исследований показали, что образцы летучих органических соединений, оцениваемые как болезнь, могут передаваться через кожу, и, следовательно, кожа может использоваться в качестве источника для обнаружения и идентификации заболеваний. Принцип этого подхода к обнаружению заключается в том, что изменения, связанные с заболеванием, отражаются в измеримых изменениях кожи посредством обмена через кровь. Кроме того, несколько исследований показали, что уровни ЛОС повышены даже на ранних стадиях заболевания, поскольку они отражают изменение в химическом составе человеческого тела (в результате развития болезненного состояния), а не количество инфицированных клеток. . Дополнительные исследования показали, что летучие органические соединения могут попасть на кожу в течение нескольких минут после их появления в инфицированной части тела человека. Что особенно важно в этом подходе, так это то, что каждый тип (инфекционного) заболевания имеет свою собственную уникальную картину ЛОС, и, следовательно, наличие одного (инфекционного) заболевания не будет скринингом других типов заболеваний. Тем не менее, насколько нам известно, обнаружение ЛОС туберкулеза через кожу еще не изучалось. Кроме того, все исследования ЛОС кожи проводились с помощью методов спектрометрии и спектроскопии. В некоторых случаях использовались электронные носовые устройства. Эти методы являются мощными инструментами для обнаружения летучих органических соединений. Однако на сегодняшний день использование этих методов сдерживается необходимостью в оборудовании от умеренного до очень дорогого, высоким уровнем знаний, необходимых для работы с такими приборами, скоростью, необходимой для отбора проб и анализа, а также необходимостью в методах предварительного концентрирования. Для того, чтобы тестирование ЛОС на кожу и тестирование дыхания на туберкулез стали широко использоваться в клинической практике, необходимо добиться ряда успехов в знаниях о ЛОС, специфичных для туберкулеза, и в разработке датчиков. Наночастицы, содержащие гибкие сенсоры на основе органических пленок, с большей вероятностью станут средством клинической диагностики, поскольку они значительно меньше по размеру, проще в использовании и значительно дешевле.

Всесторонние исследования последних лет продемонстрировали отличные данные об использовании ЛОС из выдыхаемого воздуха в качестве инструмента для диагностики рака желудка. В одном из крупнейших исследований, проведенных китайскими и латвийскими центрами, злокачественные новообразования могут быть идентифицированы с чувствительностью 89% и специфичностью 90% после перекрестной проверки, независимо от важных сопутствующих факторов у пациентов с желудочными заболеваниями, таких как употребление табака или алкоголя и инфекция H. pylori. . Дыхательный тест для определения стадии GC также может быть продемонстрирован путем различения рака стадии I и II от рака стадии III и IV с 89% чувствительностью и 94% специфичностью. В этих исследованиях использовались как масс-спектрометрия, так и наносенсорные технологии. В самом последнем исследовании, опубликованном в журнале ASC Nano в январе 2017 года, сообщается о более широком использовании датчиков наноматриц в анализе дыхания. Слепые эксперименты показали, что точность 86% может быть достигнута с помощью наноматрицы с искусственным интеллектом, что позволяет как обнаруживать, так и различать различные исследуемые заболевания. (хроническая почечная недостаточность, идиопатическая болезнь Паркинсона, атипичный паркинсонизм, рассеянный склероз, болезнь Крона, язвенный колит, синдром раздраженного кишечника, легочная артериальная гипертензия, преэклампсия у беременных, рак головы и шеи, рак легкого, колоректальный рак, рак мочевого пузыря, рак почки, рак предстательной железы, рак желудка и рак яичников. Анализ наномассивов с искусственным интеллектом также показал, что у каждой болезни есть свой уникальный отпечаток дыхания, и что наличие одной болезни не отсеивает другие.

Таким образом, это исследование направлено на проверку технологий обнаружения ЛОС в качестве инструментов диагностики и мониторинга желудочно-кишечного тракта и инфекционных заболеваний.