Utvärdering av fekala flyktiga organiska föreningar vid diagnos av pediatrisk inflammatorisk tarmsjukdom (VOCs)

Inflammatorisk tarmsjukdom (IBD) är ett växande och betydande problem i barndomen. Diagnosen och övervakningen av IBD hos barn är mycket invasiv och åtföljs av risker, stress/ångest för barn och familjer och betydande användning av sjukvårdsresurser. Barn, ungdomar och familjer har berättat för utredarna att ett icke-invasivt diagnostiskt test är en prioritet för NHS.

IBD är ett obotligt kroniskt återfallande tillstånd med okänd etiologi. Dess frekvens har ökat markant över hela världen under de senaste åren med den högsta förekomsten som rapporterats i Europa (322/100 000 invånare för CD; 505/100 000 för UC). En markant ökad incidens har setts hos barn, särskilt på norra halvklotet och till stor del beroende på en ökning av Crohns sjukdom. Upp till 25 % av IBD börjar i barndomen eller tonåren.

Tidigt debuterande IBD, möjligen på grund av nedärvning av ett större antal känslighetsgener och/eller tidigare exponering för miljöutlösare, skiljer sig från den som förekommer hos vuxna. Hos barn förekommer inflammation vanligast i tjocktarmen, vilket komplicerar differentieringen mellan CD och UC. Tidig insjuknande CD är vanligare hos pojkar (medan en vuxensjukdom förekommer vanligare hos kvinnor) och tenderar att vara mer omfattande med större involvering av övre tarmen. Koloninflammation hos barn med UC tenderar också att vara mer omfattande än hos vuxna.

Vid den första presentationen hos alla misstänkta barn krävs endoskopi av övre och nedre tarmen (kräver två dagars tarmrengöring och vanligtvis narkos) och tunntarmsavbildning genom magnetisk resonans enterografi eller trådlös kapselendoskopi. Även om allvarliga biverkningar är ovanliga, är dessa invasiva undersökningar mycket påfrestande för barn och deras familjer och förbrukar avsevärda sjukhusresurser. Att genomföra dessa undersökningar försenar diagnosen och behandlingens start.

Noggranna, icke-invasiva, snabba och kostnadseffektiva diagnostiska verktyg som kan användas på kliniken eller avdelningen och bättre sätt att skilja CD från UC behövs. Fekalt kalprotektin (FC), en icke-specifik markör för tarminflammation, rekommenderas av NICE för att skilja IBD från icke-inflammatoriska tarmsjukdomar som irritabel tarm (https://www.nice.org.uk/guidance/dg11) och ett patientnära test har utvecklats (http://www.buhlmannlabs.ch/core/quantum-blue/calprotectin/). En färsk metaanalys (394 IBD/321 icke-IBD-kontroller) rapporterade en poolad sensitivitet och specificitet för FC vid diagnosen IBD hos barn på 0,98 (95 % konfidensintervall: 0,95-1,0) och 0,68 (0,50-0,86) respektive. Den låga specificiteten indikerar att ett alternativt eller ytterligare test med högre specificitet behövs för att minska tiden till diagnos och undvika att många barn genomgår onödiga utredningar.

Det finns ett stort intresse för mätning av flyktiga organiska föreningar (VOC) i andedräkt och ångor från olika mänskliga vävnader (urin, avföring, blod) vid diagnos och övervakning av ett brett spektrum av sjukdomar. VOC som emitteras från avföring är ansvariga för avföringslukt och består av ett stort antal kolbaserade molekyler med låg molekylvikt (<1,5 Kd) inklusive organiska syror, alkoholer, estrar, heterocykliska föreningar, aldehyder, ketoner och alkaner. De är resultatet av metabolismen av tarmslemhinnan och tarmmikrobiotan och deras överflöd ändras i enlighet med tarmsjukdomarnas specifika effekter på dessa processer.

Utredare har visat att fekala flyktiga organiska föreningar är relativt stabila över tid inom och mellan individer trots dagliga variationer i kosten och inte påverkas av frysning och lagring av avföringsprover. Vi har optimerade procedurer för avföringshantering för metabolitextraktion för gaskromatografi-masspektrometri (GC-MS) analys (provvolym, fastfas mikroextraktionsfiberbeläggning, extraktionsförhållanden [temperatur och tid] och ampullvolym och utvecklade även den avancerade statistiska metoder som krävs för att bestämma och jämföra VOC-profiler.

Utredare har visat att analysen av VOC skiljer vuxna patienter med diarré-dominerande colon irritabile (n=30) från de med aktiv CD (62) och UC (n=48; sensitivitet på 94 % och 96 % och specificitet på 82 % och 80 % respektive, p<0,05). Våra data från vuxna tyder starkt på att VOC skiljer CD från UC, och även Crohns kolit från UC (Ahmed 2013). På senare tid har forskning visat att VOC också skiljer mellan aktiv och inaktiv CD och UC hos vuxna patienter (Ahmed 2016).

Trots dessa uppmuntrande fynd, med tanke på skillnaderna i IBD mellan vuxna och barn och att tarmmikrobiotan förändras med åldern, kan det inte antas att diagnostiska tester som är effektiva på vuxna nödvändigtvis kommer att fungera på barn. Därför måste denna teknik testas på barn. I en proof-of-princip-studie skiljde fekala VOC barn med IBD från friska barn både under aktiv sjukdom och remission. Utredarna är dock inte medvetna om några tidigare studier på barn som har utvärderat användbarheten av fekala flyktiga organiska föreningar för att skilja IBD från andra vanliga gastrointestinala störningar i öppenvård eller vid övervakning av behandlingssvar.

Mätning av VOC i färska avföringsprover med hjälp av bänkutrustning på kliniken eller avdelningen kommer att vara möjlig inom en snar framtid. University of Liverpool äger den immateriella egendomen för utvecklingen av ett point-of-care-instrument. Utvecklingen av denna teknik stöds av University of Liverpool och Cancer Research UK (den senare för mätning av VOC i urin för att upptäcka cancer i urinblåsan och prostatacancer). Industripartners är engagerade i att förfina prototypen redo för gjutning och produktion i år. Målet är att ha ett fullt testat, CE-märkt, point-of-care-instrument till försäljning i EU för blås- och prostatacancer 2020/1 och för IBD/irritabel tarm 2022.