Breath Biopsy with TD-GC-Orbitrap: a non-invasive approach for disease detection

Význam tématu

Breath Biopsy je inovativní neinvazivní metoda ke sledování chemického složení vydechovaného vzduchu, která poskytuje informace o aktuálním metabolickém stavu organismu. Na rozdíl od genetických testů dokáže odhalit časné metabolické změny vyvolané onemocněním, což umožňuje včasnou diagnostiku, sledování průběhu terapie i expozice chemickým látkám.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předložené studie je představit kompletní analytické řešení pro sběr a analýzu těkavých organických sloučenin (VOCs) ve vydechovaném vzduchu pomocí Thermo Scientific TD-GC-Orbitrap technologie v kombinaci s platformou Breath Biopsy. Autoři demonstrují použití metody na srovnání profilů vzorků vydechovaného vzduchu od nekuřáků, kuřáků a bývalých kuřáků a identifikují potenciální biomarkery spojené s kouřením.

Použitá metodika a instrumentace

Pro odběr vzorků a analýzu VOC byly použity následující přístroje a software:

• ReCIVA Breath Sampler a CASPER Portable Air Supply (Owlstone Medical) pro standardizovaný odběr a předkoncentraci vzorků.
  
• Termální desorber TD100-xr (Markes International) s autosamplerem pro desorpci VOC.
  
• GC kolona 30 m × 0,32 mm × 3,00 µm (Quadrex) a přístroj Thermo Scientific TRACE 1310 GC s TriPlus RSH headspace autosamplerem.
  
• Mass spektrometr Thermo Scientific Q Exactive GC Orbitrap s variabilní elektronovou ionizací (EI) a chemickou ionizací (CI, methanová).
  
• Software Thermo Scientific Compound Discoverer 3.2 pro dekonvoluci, statistickou analýzu a identifikaci sloučenin.
  
• Software Thermo Scientific Chromeleon CDS pro rutinní kvalifikativní a kvantitativní analýzu.
  

Hlavní výsledky a diskuse

Studie analyzovala 12 vzorků vydechovaného vzduchu rozdělených do tří skupin: nekuřáci, aktuální kuřáci a bývalí kuřáci. Klíčové poznatky:

• Vysoké rozlišení a přesnost hmotnosti (sub-1 ppm) umožňují spolehlivou dekonvoluci signálů a diferenciaci sloučenin napříč šesti řády koncentrace.
  
• Z nenavozeného výzkumu bylo identifikováno šest analytů souvisejících s kouřením, z nichž 2,5-dimethylfuran a toluen vykázaly výrazně vyšší hladiny u aktuálních kuřáků ve srovnání s nekuřáky.
  
• Retenční indexy a vysokorozlišovací filtrování (HRF) zvyšují důvěryhodnost identifikace neznámých sloučenin.
  

Přínosy a praktické využití metody

Tato metoda nabízí:

• Neinvazivní a bezbolestný odběr vzorků s možností získání alveolárních i celkových frakcí dechu.
  
• Vysokou citlivost a selektivitu díky předkoncentraci a vysoce rezolutnímu hmotnostnímu analyzátoru.
  
• Možnost paralelních cílených a objevovacích analýz jedním během.
  
• Retrospektivní provádění nových analýz bez opětovného odběru vzorků.
  

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané direkce rozvoje a aplikací:

• Zdokonalení stability VOC vzorků při dlouhodobém skladování a rozvoj nových sorbentů.
  
• Implementace měkčích ionizačních technik (CI, VeV) a variabilních napětí pro lepší generování molekulárního iontu.
  
• Vyšší automatizace a rozšíření databází retention indexů a spektrálních knihoven.
  
• Využití strojového učení pro pokročilou analýzu dat a personalizované diagnostické modely.
  

Závěr

Prezentované řešení kombinuje standardizovaný odběr dechových vzorků s vysoce rezolutní GC-Orbitrap analýzou a sofistikovaným softwarovým zpracováním. Studie demonstruje spolehlivou detekci kouření souvisejících biomarkerů a ukazuje potenciál této platformy pro včasnou diagnostiku a monitorování onemocnění.

Reference

1. ERS Task Force: Technical standard on exhaled biomarkers in lung disease, ERS Network News.
2. Harshman SW et al. Storage stability of exhaled breath on Tenax TA. J. Breath Res. 2016;10:046008.
3. Kang S, Thomas CLP. Stability of VOCs trapped on mixed Tenax:Carbograph at −80°C. J. Breath Res. 2016;10:026011.