1 července 2019

Lékařská diagnostika pomocí analýzy dechu a přístroje GC×GC-TOFMS: Optimalizace dat pro přesnou léčbu

At our ASMS breakfast seminars, Jean-François (Jef) Focant, Head of the Department of Chemistry and Director of the Organic and Biological Analytical Chemistry group at the University of Liège, Belgium, spoke about using our Pegasus® BT 4D and Pegasus® GC-HRT 4D for GC×GC-TOFMS on the breath of asthma patients to improve asthma treatment*. Než se Jef ponořil do analýzy krve a sputa, nejprve nás poučil o důležitosti optimalizace dat.

Tři „pilíře“

Pro každý klinický projekt studovaný Jefovou skupinou existují tři „pilíře“. Nejprve musí být získány vzorky. Potom musí být vzorky analyzovány hmotnostním spektrometrem pro dosažení separace a detekce. Nakonec musí být výsledná data náležitě zpracována, aby poskytla užitečné a srozumitelné výsledky. Zatímco zpracování dat bývalo nejmenším z pilířů, pokroky v technologii LECO způsobily produkci takového množství dat, že je nezbytné je rozdělit na menší a lépe zvládnutelné množství.

„Protože když jdeme do nemocnice a mluvíme s našimi kolegy, je jim jedno, jestli jim začnu říkat, že modulační doba byla 4 sekundy, rychlost akvizice byla 250 Hz...“. Protože jsou zdvořilí, odvětí: „Ano, ano,“ ale přitom je to absolutně nezajímá. Chtějí jen vědět: „Je to pozitivní vzorek nebo negativní vzorek?“

Při péči o pacienta je pro zajištění správné léčby nezbytná minimalizace falešných negativů nebo falešných pozitiv. Každý ze tří pilířů hraje v tomto procesu zásadní roli.

Všechny výsledky začínají získáním vzorku. Existuje několik způsobů, jak získat vzorek od astmatického pacienta, ale mnoho z nich je považováno za „invazivní“ postupy, jako je odběr krve nebo sputa, bronchoalveolární laváž, bronchiální kartáčování a biopsie bronchiální stěny. Naproti tomu sběr kondenzátů dechu v sáčku Tedlar® je relativně rychlý a bezbolestný způsob získání vzorku pacienta. Je také snadné vysvětlit pacientovi: Tady je sáček, prosím, foukněte do něj.

Jakmile je vzorek získán a přiveden do laboratoře, přístroj Pegasus LECO® BT 4D dokáže oddělit a detekovat stovky tisíc sloučenin ve vzorku. V tom se mnoho lidí plete, říká Jef.

Tři skupiny

„Musíte si být jisti, že dokážete použít dobrá data. Je to opět nevýhoda GC×GC a TOFMS, protože tyto nástroje jsou tak dobré, že můžete skončit se špatnou modulační účinností, špatným špičkovým tvarem, a přesto vám systém poskytne nějaké informace. Ale pro systém bude obtížnější poskytnout dobré informace. Takže mít dobrý tvar špičky, dobrou intenzitu špičky, dobré oddělení je vždy velmi důležité.“

Po zpracování dat lze použít statistické zpracování. Před testováním pacientů s astmatem provedla Jefova skupina nejprve některé experimenty s použitím testovací skupiny pacientů s rakovinou plic a kontrolní skupiny. Chtěli nejprve zjistit, zda je vůbec k určení zdraví pacienta možné použít dechové kondenzáty. První zpracování údajů vedlo k určitému oddělení mezi skupinami, ale skončili se třemi odlišnými skupinami namísto dvou. Byli schopni určit, že environmentální VOC byly detekovány uprostřed rakovinných VOC, a tyto tři skupiny byly ve skutečnosti třemi různými obdobími roku, kdy byly vzorky získány. Bylo to sice fascinující, ale nebyl to zamýšlený výsledek.
Výběr funkce

Pomocí různých klasifikačních metod byl Jef schopen zúžit 1350 detekovaných prvků na dvě sady: 27 s Fisherovým poměrem a 17 s náhodným lesem, z toho 7 se překrývalo. Odtud byl schopen rozdělit vzorky do dvou odlišných skupin, pozitivních na rakovinu plic a negativních na rakovinu plic.

Aplikováním vzorků na přístroj Pegasus s vysokým rozlišením® GC-HRT 4D Jef mohl dále podrobně zkoumat sloučeniny, které používal jako markery.

Skóre shody v HRMS vs. v knihovně

 

Jak je vidět výše, označená špička zpočátku vypadá jako benzeneacetaldehyd, se skóre shody v knihovně 871. Avšak hmotnostní specifikace s vysokým rozlišením umožnila Jefovi pozorovat, že hmotnostní přesnost byla neuvěřitelně nízká na úrovni 271,15 ppm, zatímco další pravděpodobný výsledek, benzen, s podobností 827, měl mnohem lepší hmotnostní přesnost -0,23 ppm. Použitím těchto dvou nástrojů zároveň byl Jef schopen získat ze svých dat mnohem lepší chemické informace.

Tyto zkušenosti Jefa přivedly ke studii otisku dechu při astmatu. S nárůstem případů o 200 % za posledních deset let postihuje astma více než 334 milionů lidí na celém světě a 14 % dětí mladších 18 let. Je to rostoucí problém, a přesto se 20 % astmatiků předepisuje nesprávný lék.

Astma má dva hlavní fenotypy: neutrofilní a eozinofilní. Neutrofilní astma je způsobováno spíše znečišťujícími látkami a infekcemi a může být léčeno antibiotiky, zatímco eozinofilní astma je způsobováno alergeny a léčeno kortikosteroidy. Kortikosteroidy nijak neléčí neutrofilní astma a antibiotika nijak neléčí eozinofilní astma.

Jak již bylo uvedeno dříve, mnoho metod diagnostiky astmatu je invazivních a má míru přesnosti 67–72 %. Jefova skupina přijala výzvu odebrat kondenzáty dechu astmatických pacientů, aby zjistila, zda přístroj GC×GC-TOFMS dokáže přijít s použitelnější diagnózou. Výsledky se dozvíte v záznamu Jefova ranního semináře z letošního ASMS.

SLEDUJTE NYNÍ


* This product is not intended to diagnose, treat, cure, or prevent any disease.

Powered by Translations.com GlobalLink OneLink Software