Clinical Application of SPME: Analysis of VOCs in Exhaled Breath as Cancer Biomarkers

Význam tématu

Analýza těkavých organických sloučenin (VOC) v dechu se prosazuje jako neinvazivní prostředek pro včasnou detekci nemocí, zejména nádorových onemocnění plic. Metody využívající předkoncentraci VOC umožňují odhalit biomarkery v extrémně nízkých koncentracích, což výrazně rozšiřuje možnosti diagnostiky a sledování progresu onemocnění v klinické praxi.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo aplikovat sorpční metodu solid phase microextraction (SPME) v kombinaci s plynovou chromatografií s hmotnostní detekcí (GC-MS) pro identifikaci a kvantifikaci VOC v dechu zdravých dobrovolníků a pacientů s plicním karcinomem. Autoři se zaměřili na ověření linearity, opakovatelnosti a detekčních limitů při extrakci několika klíčových sloučenin.

Použitá instrumentace

• SPME vlákna Carboxen®/PDMS (75 µm film).
• Ručně ovládaný držák SPME.
• Plynová chromatografie s PLOT kolonkou (25 m × 0,25 mm, 3 µm).
• GC-MS s EI zdrojem, full scan režim m/z 15–220.
• Odběrové vaky Tedlar® (1 L) pro nasbíraný dech.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala vynikající linearitu (r2 > 0,99) a relativní standardní odchylky 3,3–9,4 %. Detekční limity pro uhlovodíky byly v rozmezí 0,3–0,49 ppb. Mezi sledovanými VOC se významně odlišovaly čtyři sloučeniny – methyl vinyl keton, 1-propanol, 2-propanol a o-xylén, které se v dechu pacientů s karcinomem plic vyskytovaly ve vyšších koncentracích než u zdravých kontrol. Statistické vyhodnocení zahrnovalo logaritmickou transformaci dat a testy normality (Shapiro–Wilks).

Přínosy a praktické využití metody

• Neinvazivní sběr dechu umožňuje opakované měření bez diskomfortu pro pacienta.
• SPME-GC-MS je bezrozpouštědlová, automatizovatelná a snadno integrovatelná do stávajících GC systémů.
• Metoda nabízí citlivou detekci biomarkerů karcinomu plic již na úrovni jednotek ppt.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření studie na větší populaci pro validaci biomarkerů.
• Integrace techniky SPME s kapalinovou chromatografií nebo přímou elektrochemickou detekcí.
• Vývoj senzitivnějších vláken a kombinovaných sorpčních fází pro širší spektrum VOC.
• Využití machine learningu pro komplexní vzorové rozpoznání a diagnostické algoritmy.

Závěr

SPME-GC-MS byla úspěšně použita k detekci indikátorů plicního karcinomu v dechu. Metoda dosáhla vysoké citlivosti, přesnosti a opakovatelnosti, což ji činí vhodnou jako nástroj pro klinický výzkum a potenciálně i rutinní screening. Další rozvoj a validace v rozsáhlejších klinických kohortách podpoří její přijetí v diagnostické praxi.

Reference

1. Risby T.H. Current status of clinical breath analysis. In Breath Analysis for Clinical Diagnosis and Therapeutic Monitoring; Amann, A., Smith, D., Eds.; World Scientific: Singapore, 2005.
2. Pauling, L.; Robinson, A.B.; Teranishi, R.; Cary, P. Quantitative analysis of urine vapour and breath by gas-liquid partition chromatography. Proc. Nat. Acad. Sci. 1971, 68(10), 2374–2376.
3. Phillips, M.; Gleeson, K.; Hughes, J.M.; Greenberg, J.; Cataneo, R.N.; Baker, L.; McVay, W.P. Volatile organic compounds in breath as markers of lung cancer: a cross-sectional study. Lancet, 1999, 353(9168), 1930–1933.
4. Buszewski, B.; Kęsy, M.; Ligor, T.; Amann, A. Human exhaled air analytics: biomarkers of diseases. Biomed. Chromatogr. 2007, 21, 553–566.
5. Grote C.; Pawliszyn J. Solid phase microextraction for the analysis of human breath. Anal. Chem. 1997, 69, 587–596.