Biomarkörer i utandningskondensat vid akut lungskada: tidig upptäckt och utfallsprediktorer

Akut lungskada (ALI) och akut andnödsyndrom (ARDS) är de främsta orsakerna till dödlighet och sjuklighet på intensivvårdsavdelningen (ICU). Orsakerna till ALI/ARDS skiljer sig från patient till patient, inklusive sepsis, aspiration, systemisk inflammation, trauma, blodtransfusion, etc. Med tidig upptäckt och behandling kan överlevnaden förbättras avsevärt. Det är dock ofta svårt att skilja ALI/ARDS från kardiogent lungödem eller andra orsaker, även med avancerad teknologi och invasiva verktyg. Ett potentiellt verktyg är det kemiska utandningstestet, som sträcker sig från mätning av utandad gas, såsom utandad kväveoxid eller kolmonoxid, till bestämning av flyktiga organiska föreningar och profilering av icke-flyktiga biomarkörer. Eftersom provtagningen av kondensat utandningsluft (EBC) är helt icke-invasiv, kan läkare och forskare bedöma kroppsfunktioner på ett enklare och flexibelt sätt. Utandad andetag innehåller tusentals flyktiga och icke-flyktiga föreningar i spårmängder. Därför är det inte förrän nyligen, efter utvecklingen av mycket känslig spjutspetsteknologi inom provanalys, som utvärderingen av denna typ av mänskliga prover blir möjlig. Avancerad teknik inom proteomik, metabolomik, GC/LC-masspektrometri och mönsterigenkänningsberäkning genererar ett fält av profilering av utandad biomarkör, kallad "breathomics". Efter etableringen av den metabolomiska profileringen av EBC hos patienter med ALI, ARDS eller kardiogent lungödem, kunde ett användbart och kraftfullt icke-invasivt verktyg för ALI/ARDS-diagnos och förutsägelse av resultat sättas upp.

Metabolomics, eller metabolomics, är en storskalig metod för att övervaka så många som möjligt av föreningarna som är involverade i cellulära processer i en enda analys för att härleda metaboliska profiler. Även om metabolomik först hänvisade till övervakning av enskilda celler och metabonomik hänvisade till flercelliga organismer, används dessa termer nu ofta omväxlande. Metaboliska förändringar sker genom ett antal mekanismer, inklusive direkt genetisk reglering och förändringar i enzymatiska och metabola reaktioner. Metabolomics möjliggör en global bedömning av ett cellulärt tillstånd inom ramen för den omedelbara miljön, med hänsyn till genetisk reglering, förändrad kinetisk aktivitet hos enzymer och förändringar i metaboliska reaktioner. Sålunda, jämfört med genomik eller proteomik, speglar metabolomik förändringar i fenotyp och därför funktion. Tekniker som tillämpas på metabolisk profilering inkluderar kärnmagnetisk resonans (NMR) och masspektrometri (MS). Metabolomics har fördelen av att kunna söka efter proteiner eller metaboliter i blodet eller urinen. Metabolomics kan vara användbar för att förstå metabola obalanser och för diagnos av mänsklig sjukdom. Över 30 endogena metaboliter har studerats i bröstvävnad, och bröstcancer visar förhöjda kolinhaltiga föreningar (tCho), lågt glycerofosfokolin och lågt glukosvärde jämfört med godartade tumörer eller frisk vävnad. I likhet med bröstcancer uppvisar prostatacancer en distinkt metabolisk profil som kännetecknas av höga tCho- och fosfokolinnivåer, tillsammans med en ökning av de glykolytiska produkterna laktat och alanin. Vid prostatacancer kan citrat också vara en markör för lyhördhet för behandling. Dessa resultat visar den potentiella nyttan av metabolomics vid cancerdiagnostik och klinisk utvärdering.

Andningskemiska tester har ett brett spektrum av tillämpningar som sträcker sig från mätning av utandad kväveoxidfraktion (FeNO) för att övervaka effekten av antiinflammatorisk behandling vid astma, till bestämning av flyktiga organiska föreningar (VOC) och profilering av icke-flyktiga biomarkörer i det kylda utandningsprovet som kallas utandning andningskondensat (EBC). Eftersom provtagningen av andningen är helt icke-invasiv tillåter läkare och forskare att bedöma olika kroppsfunktioner på ett flexibelt sätt. Därför anses utandningstest vara en potentiellt idealisk kandidat för screeningändamål. Förutom allmänt kända beståndsdelar som kväve, syre, koldioxid, inerta gaser och vattenånga, består utandningsluften också av tusentals flyktiga och icke-flyktiga komponenter, främst i spårmängder, vilket gör detektion till en utmanande uppgift. Användningen av innovativa "-omics"-teknologier, inklusive proteomik, metabolomik, masspektromik, gaskromatografi/masspektrometri (GC-MS) och jonmobilitetsspektrometrier, erbjuder stor potential för området för profilering av utandningsbiomarkörer. Till skillnad från bronkoalveolär sköljning (BAL) och sputuminduktion som involverar inandning av hyperton saltlösning för att inducera hosta och eventuellt bronkokonstriktion, påverkar inte EBC luftvägsfunktionen eller orsakar inflammation. Det kan enkelt och säkert utföras på patienter med svår sjukdom och möjliggör till och med upprepade mätningar. Som sådant är detta ett relativt nytt område med potential för fler studier att utföras för att undersöka akut lungskada genom metabolomik.