Биомаркеры рака в дыхании

Прямая трансляция позволяет глубже изучить биомаркеры рака, обнаруживаемые в выдыхаемом воздухе, и задать интерактивный тон сессии. Мероприятие, проводимое при поддержке Labbert и Agilent, предполагает активное участие аудитории через специальный канал вопросов и ответов и технической поддержки. Выступление известного медицинского эксперта, доктора Майкла Филлипса, закладывает основу для детального изучения инновационных диагностических подходов.

Древняя медицина распознавала болезни по уникальному запаху изо рта, а такие заболевания, как диабет, печеночная или почечная недостаточность, придавали особый аромат. Революционное открытие, сделанное в конце 1700-х годов, показало, что выдыхаемый углекислый газ является побочным продуктом метаболизма, что фундаментально связывает дыхание с биохимией человека. Более поздние инновации, такие как использование алкотестеров и микроанализ более 100 летучих органических соединений, подчеркнули диагностический потенциал тестирования дыхания. Обширная альвеолярная мембрана облегчает газообмен, создавая основу для современных клинических применений и исследований биомаркеров.

При анализе выдыхаемого воздуха необходимо учитывать наличие более 2000 летучих органических соединений, что создает значительные технические трудности. Для упрощения процесса все сложности методически разбиты на три отдельные области. На первом и решающем этапе проводится тщательный сбор образцов выдыхаемого воздуха для проведения точного анализа соединений.

Исследователи столкнулись с неожиданными трудностями при сборе образцов выдыхаемого воздуха, потому что даже в самых чистых баллонах содержится достаточно загрязняющих веществ, которые могут оказывать влияние на содержание частиц на миллиард. Они разработали метод с использованием бумажной полоски, пропитанной активированным углем, которая, если оставить ее в баллоне на ночь, поглощает нежелательные летучие вещества. Этот прорыв, подтвержденный патентом США, теперь позволяет осуществлять экономичный и высококачественный сбор данных о выдыхаемом воздухе, пригодный для отправки по почте и дистанционного диагностического тестирования.

Образцы выдыхаемого воздуха отбираются в сверхчистый баллон и анализируются с помощью газовой хроматографии, которая разделяет летучие соединения на колонке, прежде чем они будут обнаружены точными методами, такими как масс-спектрометрия или детекция поверхностных акустических волн. Современные двухмерные методы позволяют выявить тысячи соединений для определения биомаркеров, хотя и с большими затратами. Система Breath X упрощает процесс, используя автоматизированный отбор проб и короткую хроматографическую колонку для идентификации примерно 50-60 соединений примерно за 10 минут.

Современные технологии генерируют тысячи летучих соединений, но лишь некоторые из них имеют клиническое значение, например, для диагностики рака. Задача состоит в том, чтобы выделить ценные сигналы из подавляющего фонового шума. Выявление этих ключевых элементов имеет важное значение для преобразования необработанных данных в значимую информацию, пригодную для применения в медицине.

Знаковое исследование 2011 года показало, что компьютерная томография в низких дозах снижает смертность от рака легких на 20%, несмотря на такие проблемы, как радиационное облучение, низкая вероятность выявления и высокий процент ложноположительных результатов. Повреждение легочной ткани вызывает окислительный стресс, в результате чего образуются активные формы кислорода, которые окисляют жирные кислоты клеточных мембран в простые алканы, которые выделяются при дыхании в качестве биомаркеров. Дыхательные тесты используют эти выделяемые соединения для выявления ранних изменений в организме, используя методики, которые начинаются с выявления маркеров в подтвержденных случаях рака и в контрольной группе. Затем прогностический алгоритм проходит тщательную проверку на его чувствительность, специфичность и прогностическую ценность, что подчеркивает его потенциал в улучшении раннего выявления рака легких.

Точная идентификация биомаркера начинается с использования кривых рабочих характеристик приемника, которые отображают частоту истинных и ложноположительных результатов, где площадь под кривой, близкая к 1, означает отличный тест. Кривая количественно оценивает эффективность в диапазоне от случайной вероятности (0,5) до почти идеальной (1), подчеркивая различительную способность теста. Однако большие наборы данных могут привести к появлению вводящих в заблуждение "биомаркеров вуду", поэтому для случайного определения статуса заболевания используется моделирование методом Монте-Карло, гарантирующее сохранение только тех маркеров, которые превышают уровни вероятности. Этот строгий статистический подход был успешно применен при проверке дыхательных биомаркеров рака легких в многоцентровых исследованиях.

Новый биомаркер под названием MAGIC, идентифицируемый по времени удерживания при газовой хроматографии и уникальному соотношению массы к заряду, постоянно коррелирует с результатами компьютерной томографии грудной клетки в низких дозах. По-видимому, он представляет собой пятиуглеродистый спирт, образующийся в условиях окислительного стресса. Его клиническая точность подтверждена слепыми повторными анализами в двух лабораториях, демонстрирующими одинаково высокую эффективность при значениях площади под кривой 0,81 и 0,77. Этот тест проходит все нормативные этапы благодаря выданным патентам в США, знаку CE в ЕС и продолжающимся клиническим проверкам.

Ограничения маммографии стимулируют потребность в альтернативах Маммография вызывает дискомфорт, боль, смущение и ненужное облучение, и большинство женщин проходят процедуру только для того, чтобы убедиться в этом, несмотря на низкий уровень выявления. Из 300 обследованных женщин 30 получили подозрительные результаты, что привело к дополнительным тестам, но только у одной в конечном итоге обнаружили рак. Значительное беспокойство, затраты и незащищенность большинства людей, у которых нет рака, подчеркивают настоятельную необходимость в менее инвазивном и более эффективном методе скрининга.

Инновационный дыхательный тест Обеспечивает Превосходную точность диагностики Клиническое исследование с использованием анализа дыхания на летучие биомаркеры у 178 пациентов продемонстрировало отличные результаты: значения ROC составили 0,9 и 0,86 с помощью методов GC-MS и GC-Sore соответственно, что превышает показатели традиционной маммографии (около 0,78). Система использует дискриминантную функцию, которая распределяет пациентов по различным группам риска в зависимости от ее значения, при этом низкие значения имеют отрицательную прогностическую ценность, превышающую 99%, а высокие значения указывают на выраженный риск. Этот неинвазивный тест, благодаря точной корреляции его результатов с риском развития рака, представляет собой многообещающую альтернативу для раннего выявления.

Дыхательные тесты эффективно выявляют рак молочной железы, а многочисленные исследования, проведенные в различных лабораториях, подтверждают наличие отличительных биомаркеров. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности этого неинвазивного метода скрининга. Его внедрение может снизить необходимость в ненужных маммографиях, избавив женщин от дискомфорта и радиационного облучения.

Лучевая терапия, хотя и эффективна против рака, может непредсказуемо вызвать тяжелое воспаление легких, что требует точного метода определения дозы биологического облучения. Этот метод позволяет выявить летучие органические соединения, образующиеся, когда радиация вызывает окислительный стресс, превращающий жирные кислоты в идентифицируемые н-алканы. Передовые хроматографические методы в исследованиях на животных и людях выявили значительные, статистически подтвержденные изменения в профиле дыхания после радиационного облучения. Многообещающие экспериментальные результаты побудили к планированию более масштабных исследований, направленных на то, чтобы в конечном итоге предсказать опасные для жизни состояния, такие как радиационный пневмонит.

Несмотря на доказанную научную обоснованность, многообещающий дыхательный тест на рак все еще находится на стадии исследований, ожидая одобрения FDA и выплаты компенсации по программе Medicare. Тест должен преодолеть ряд нормативных препятствий, и каждый этап представляет собой серьезную проблему, прежде чем он сможет выйти на рынок. Европейские рынки предлагают более благоприятные условия благодаря снижению нормативных барьеров и предстоящим испытаниям на различные формы рака молочной железы. Широкий спектр услуг, включая тесты на рак легких, туберкулез и другие заболевания, подчеркивает преобразующий потенциал этого диагностического подхода.

Оставалось всего несколько минут, и сессия перешла в интерактивную форму вопросов и ответов, в ходе которой аудитории было предложено задать свои вопросы. В завершение презентации Майкл поблагодарил всех участников, подчеркнув информативный характер его выступления. Участникам было предложено нажать на специальное поле для вопросов, чтобы принять участие, что вызвало интерес к сложным темам, таким как, например, как дыхательный тест может выявить рак легких. Этот интерактивный сегмент подчеркнул стремление участников сессии отвечать на технические вопросы в сжатой форме.

Окислительный стресс приводит к образованию ряда метаболитов, структура которых варьируется в зависимости от состояния организма. Рак легких и молочной железы, хотя оба они связаны с окислительным стрессом, выявляют уникальное распределение таких соединений, как алканы, метилированные алканы и их производные. Эти отчетливые молекулярные признаки позволяют специальным диагностическим алгоритмам точно различать типы рака и другие состояния, связанные с окислительным стрессом.

Недавние исследования показали, что дыхательные тесты, первоначально использовавшиеся для выявления специфических видов рака, могут точно выявлять различные типы, такие как рак желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы, печени, а также рак головы и шеи. Пилотные исследования и обширная литература, в частности, от европейских исследователей, подтверждают, что при каждом заболевании эффективно распознаются различные биомаркеры. Неинвазивный метод позволяет выявить уникальные признаки дыхания, соответствующие различным типам рака. Эти данные подтверждают растущую роль дыхательных тестов как мощного метода диагностики широкого спектра видов рака.

Дыхательные тесты выявляют специфические вирусные биомаркеры, что доказывает их эффективность в выявлении таких инфекций, как грипп и коронавирусы. Внешние исследования показали многообещающие результаты в использовании анализа дыхания для потенциального выявления COVID-19. Этот неинвазивный метод диагностики предлагает обнадеживающую альтернативу скринингу респираторных вирусов.

В настоящее время дыхательные тесты оцениваются для выявления различных видов рака на основе методов, используемых при скрининге на COVID. Специфичность и чувствительность измеряются с помощью ROC-кривой, которая отображает баланс между этими двумя показателями. Для достижения оптимального баланса результатов тестирования необходимо выбрать точку на кривой, где повышенная специфичность не приводит к чрезмерному снижению чувствительности, и наоборот.

Экологические исследования показали, что дыхательные тесты могут с высокой точностью выявлять такие загрязнители окружающей среды, как бензол и толуол, особенно соединения BTEX. Передовые методы, такие как масс-спектрометрия, используются для того, чтобы отличить эти загрязнители от подлинных биомаркеров таких заболеваний, как рак. Благодаря тщательной настройке аналитических методов можно выделить пики потенциальных помех, обеспечивая четкие и надежные результаты диагностики.

В ходе тщательного исследования были проанализированы дубликаты образцов рака легких, взятых примерно у 500 пациентов, в двух разных лабораториях с использованием GC-масс-спектрометрии. Предварительная калибровка позволила убедиться, что оба прибора одинаково реагируют на соединения, что привело к поразительной согласованности результатов в разных лабораториях. Высокая воспроизводимость метода определения биомаркеров демонстрирует его жизнеспособность в качестве лабораторного решения "под ключ".

Исследователи улучшили воспроизводимость результатов в interlab, используя для калибровки своей системы GC-масс-спектрометрии внутренний стандарт - бромфторбензол, который отсутствует в выдыхаемом воздухе и окружающей среде. Этот точный метод калибровки, включающий цикл отбора проб, который обеспечивает постоянное стандартное количество, обеспечивает надежность измерений во всех лабораториях. В пилотном исследовании рака легких результаты дыхательного теста оставались неизменными в течение месяца после операции, что указывает на то, что маркеры, скорее всего, отражают основные биохимические изменения, а не только опухоль. Эти открытия открывают новые возможности для исследования сложных биологических реакций, связанных с раком.

В комментариях подчеркивается, что, несмотря на то, что тема все еще находится на ранней стадии, она обещает быть интересной для дальнейшего изучения. Выражена благодарность аудитории за участие и ценные вопросы, заданные во время презентации. Мы приглашаем вас обращаться по электронной почте с любыми дополнительными запросами, чтобы поддерживать диалог открытым и непрерывным.

Мы выражаем благодарность аудитории за их активное участие и содержательные вопросы, а также заверяем, что вопросы, на которые не было ответов, будут рассмотрены по запросу с помощью предоставленных контактных данных. Мы отмечаем ценность исследований доктора Майкла Филлипса и благодарим Labyrinth и Agilent за поддержку в организации образовательной веб-трансляции. Вебинар скоро будет доступен по запросу, а участники будут уведомлены о его повторении по электронной почте. Занятие завершается теплыми пожеланиями безопасности, здоровья и продолжения обучения.