Дыхание коллекции от детей для открытия биомаркеров болезни
Summary
Этот протокол описывает простой метод для приобретения отбору проб выдыхаемого воздуха от детей. Вкратце образцы смешанного воздуха предварительно сосредоточены в сорбент трубы до анализа газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Дыхание биомаркеров инфекционных и неинфекционных заболеваний могут быть идентифицированы с помощью этого метода коллекции дыхание.
Abstract
Дыхание сбор и анализ может использоваться для обнаружения летучих биомаркеров в ряде инфекционных и неинфекционных заболеваний, как малярия, туберкулез, рак легких и заболевания печени. Этот протокол описывает воспроизводимый метод отбора дыхания у детей и затем стабилизации дыхание образцов для дальнейшего анализа с газовой хроматографии масс-спектрометрии (ГХ-МС). Цель этого метода заключается в создании стандартизированный протокол для приобретения дыхание образцов для дальнейшего химического анализа, от детей в возрасте от 4 до 15 лет. Во-первых дыхание выборку с использованием картона мундштук, прилагается к 2-ходовой клапан, который подключен к мешок 3 Л. Дыхание аналитов затем переведен в трубу термодесорбция и хранятся в 4-5 ° C до анализа. Эта техника ранее использовались для захвата дыхание детей с малярией для успешного дыхание биомаркер идентификации. Впоследствии мы успешно применяется эта техника для дополнительных педиатрических когорты. Преимуществом этого метода является, что она требует минимального сотрудничества со стороны пациента (представляют особую ценность в педиатрической популяции), имеет период короткий коллекции, не требует квалифицированного персонала и может быть выполнена с портативного оборудования в Параметры поля ограниченных ресурсов.
Introduction
Биомаркеров может дать ценную информацию о нормальных и патологических биологических процессов, которые могут способствовать клинически идентифицируемые болезни. Недавно наблюдается растущий интерес к оценке дыхание летучих качестве биомаркеров для различных заболеваний государств, включая инфекции, метаболических расстройств и рака 1. Выдыхаемого воздуха содержит поддающиеся количественному определению уровней летучих органических соединений (Лос), полулетучих органических соединений и микробиологически производного материала (например, нуклеиновые кислоты от бактерий и вирусов). Центральная цель анализа выдыхаемого воздуха является неинвазивным лучше понять состояние медицинского состояния и/или экологического воздействия. Существуют различные методы для сбора и анализа выдыхаемого воздуха, в зависимости от составляющих интерес. В настоящее время нет метода сбора стандартизированной выдыхаемого воздуха, который усложняет сравнительный анализ результатов различных исследований. Стандартизация процедур сбора дыхание важно, как сама процедура выборки имеет значительное влияние на течению результаты анализов дыхание.
Во многих исследованиях конце дыхания дыхание выборка является занятых2,3. Эта выборка включает, отбрасывая начальная часть выдыхаемого воздуха («Мертвое пространство»), чтобы преференциально захватить воздух в конце цикла дыхания. Преимущество этой стратегии является, что он уменьшает уровни экзогенных Лос (например, экологические Лос), а обогащения для эндогенного, пациент конкретные Лос. Этот метод исключает первые несколько секунд испарений от индивидуального до сбора образца дыхание. Другие исследователи использовали датчик давления для того чтобы активировать выборки этапе Предопределенные действия4,5. Поскольку датчики давления требуется комплексный инжиниринг, этот альтернативный метод требует устройство выделенный и сравнительно дорогостоящим выборки.
Детская Дыхание выборки может быть особенно сложным. Ключевой проблемой является, что маленькие дети могут быть неспособны сотрудничать с протоколами для добровольного выдоха воздуха «Мертвое пространство». По этой причине это легче получить смешанные дыхания дыхание от детей. Однако крупные предостережение с образцами смешанной дыхания дыхание является риск загрязнения окружающей среды и материала. Таким образом возможности детской коллекции является движущей озабоченность в области.
Кроме того, методы сбора хранения проб выдыхаемого воздуха также могут влиять качество образца. Высокая влажность в дыхание exhalate и ультра-низкой концентрации (частей на триллион), летучих органических соединений сделать дыхание отбору проб выдыхаемого воздуха особенно восприимчивы к проблемам, касающимся хранения6,7. Несмотря на большой потенциал в реальном времени методы, как Протон передачи реакции масс-спектрометрии (PTR-МС) ГХ-МС остается золотой стандарт для анализа проб выдыхаемого воздуха. Так как GC-MS анализ образцов дыхание является автономной техника, он сочетается с предварительным концентрированием методы, такие как трубы термодесорбции (TD), твердой фазы микро добыча и иглы ловушку устройств. Перед предварительным концентрированием дыхание образцы должны храниться временно в полимерные мешки8. Полимерные пакеты популярны из-за их умеренная цена, относительно хорошей прочностью и повторного использования. В то время как мешки могут быть повторно использованы, время и усилия, необходимые для обеспечения эффективной очистки7,8. Каждый тип конкретных мешок также требует эмпирически решительные и стандартизированных процедур для контроля качества, повторного использования и восстановления.
ТД трубы широко используются для дыхание предварительным концентрированием, потому что они захватывают большое количество летучих веществ и могут быть настроены. Абсорбирующие материалы, используемые для упаковки ТД трубы могут быть адаптированы для конкретных приложений и конкретных целевых летучих интерес. ТД труб значительно улучшить удобство дыхание биомаркер исследований, особенно в удаленных местах, потому что TD трубки безопасно хранить дыхание летучих веществ для по крайней мере две недели и легко транспорта3.
В попытке стандартизировать Детская Дыхание коллекции для открытия биомаркеров здесь мы опишем простой метод для сбора дыхание от детей младшего возраста. Чтобы проиллюстрировать представитель результаты выполнены протоколов, обезличенных данных представлены от проходящих когорта детей (8-17 лет) проходят оценку для безалкогольных жирная кислота печени заболевания (NAFLD). Полные результаты и анализ этого исследования будет сообщено в поздней публикации. В этой работе мы сообщаем суб набор данных для демонстрации применения нашего протокола. В краткой дети поручено обычно выдохните через мундштук в полимерной мешок, как будто «дует воздушный шар». Этот процесс повторяется 2 – 4 раза до 1 Л дыхание собирается. Образец затем передается в TD трубку и хранятся на 5 ° C до анализа GC-MS.
Protocol
Representative Results
Discussion
Несмотря на значительный прогресс в исследованиях дыхание в течение последнего десятилетия стандартизированные методы отбора проб и анализа летучих газов дыхание оставаться неопределенным10. Основная причина этого отсутствие стандартизации был разнообразие дыхание ко?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы выражаем нашу благодарность детей и семей в Сент-Луисе детской клинической больницы, которые участвовали в этом исследовании. Мы признаем уникальный усилия г-жи Стейси Постма и г-жа Джанет Sokolich во время сбора дыхание. Эта работа поддерживается Фондом Сент-Луисе-Детская больница.
Materials
| Breath bag | SKC | 237-03 | These are 3 L bags |
| Cardboard mouthpiece | A-M systems | 161902 | 0.86" OD, 2.00" L |
| Large diameter tubing | Cole Parmer | 95802-11 | Silicone Tubing, 1/4"ID x 5/16"OD, |
| Long-term storage caps | Markes International | C-CF010 | Brass storage cap ¼" & PTFE ferrule, pk 10 |
| Male adapter | Charlotte Pipe | 2109 | Part 1/3 of breath connector (1/2" Universal part No. 436-005) |
| Male adapter (made from Teflon) | In-house built | Part 3/3 of breath connector (1/4" ID x 1/2" MIP). This part was specially machined from rods made from virgin Teflon | |
| Pump | SKC | 220-1000TC-C | Pocket PumpTouch with Charger |
| Small diameter tubing | Supelco | 20533 | Teflon tubing L × O.D. × I.D. 25 ft × 1/4 in. (6.35 mm) × 0.228 in. (5.8 mm) |
| Thermal desorption tubes | Markes International | C2-CAXX-5314 | Tube, inert, TnxTA/Sulficarb, cond/cap, pk 10 |
| Tube capping/uncapping tool | Markes International | C-CPLOK | |
| Two-way ball valve connector | Homewerks Worldwide | VBV-P40-E3B | Part 2/3 of breath connector (1/2") |
References
- Ahmed, W. M., Lawal, O., Nilsen, T. M., Goodacre, R., Fowler, S. J. Exhaled volatile organic compounds of infection: a systematic review. ACS Infectious Diseases. 3 (10), 695-710 (2017).
- Berna, A. Z., et al. Analysis of breath specimens for biomarkers of Plasmodium falciparum infection. Journal of Infectious Diseases. 212 (7), 1120-1128 (2015).
- Lawal, O., Ahmed, W. M., Nijsen, T. M. E., Goodacre, R., Fowler, S. J. Exhaled breath analysis: a review of ‘breath-taking’ methods for off-line analysis. Metabolomics. 13 (10), (2017).
- Kang, S., Thomas, C. L. P. How long may a breath sample be stored for at-80 degrees C? A study of the stability of volatile organic compounds trapped onto a mixed Tenax:Carbograph trap adsorbent bed from exhaled breath. Journal of Breath Research. 10 (2), (2016).
- Basanta, M., et al. Non-invasive metabolomic analysis of breath using differential mobility spectrometry in patients with chronic obstructive pulmonary disease and healthy smokers. Analyst. 135 (2), 315-320 (2010).
- Mochalski, P., et al. Blood and breath levels of selected volatile organic compounds in healthy volunteers. Analyst. 138 (7), 2134-2145 (2013).
- Mochalski, P., Wzorek, B., Sliwka, I., Amann, A. Suitability of different polymer bags for storage of volatile sulphur compounds relevant to breath analysis. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 877 (3), 189-196 (2009).
- Mochalski, P., King, J., Unterkofler, K., Amann, A. Stability of selected volatile breath constituents in Tedlar, Kynar and Flexfilm sampling bags. Analyst. 138 (5), 1405-1418 (2013).
- Schaber, C., et al. Breathprinting reveals malaria-associated biomarkers and mosquito attractants. Journal of Infectious Diseases. 217 (10), 1553-1560 (2018).
- Herbig, J., Beauchamp, J. Towards standardization in the analysis of breath gas volatiles. Journal of Breath Research. 8 (3), (2014).
- Phillips, M., et al. Variation in volatile organic compounds in the breath of normal humans. Journal of Chromatography B. 729 (1-2), 75-88 (1999).
- Eckel, S. P., Baumbach, J., Hauschild, A. C. On the importance of statistics in breath analysis-hope or curse?. Journal of Breath Research. 8 (1), (2014).
