جمع التنفس من الأطفال لاكتشاف العلامات البيولوجية المرض
Summary
ويصف هذا البروتوكول طريقة بسيطة للحصول على عينات التنفس من الأطفال. بإيجاز، وعينات هواء مختلطة قبل يتركز في أنابيب ماصة قبل التحليل اللوني للغاز-قياس الطيف الكتلي. يمكن تحديد المؤشرات الحيوية التنفس من الأمراض المعدية وغير المعدية باستخدام هذا الأسلوب جمع التنفس.
Abstract
يمكن استخدام التنفس جمع وتحليل لاكتشاف المؤشرات الحيوية متقلبة في عدد من الأمراض المعدية وغير المعدية، مثل الملاريا والسل وسرطان الرئة وأمراض الكبد. هذا البروتوكول وصف أسلوب استنساخه لأخذ عينات التنفس في الأطفال واستقرار ثم عينات التنفس لمزيد من التحليل مع الفصل اللوني للغاز-الكتلي (GC-MS). والهدف من هذا الأسلوب وضع بروتوكول موحد للحصول على عينات التنفس لمزيد من التحليل الكيميائي، من الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 4 سنوات و 15 سنة. أولاً، هو عينات التنفس استخدام لسان حال الورق المقوى تعلق بصمام 2-الطريق، الذي يرتبط بكيس 3 لتر. ثم نقل إلى أنبوب الامتزاز حراري تحليلها التنفس والمخزنة في 4-5 درجة مئوية حتى التحليل. وقد استخدمت هذا الأسلوب سابقا لالتقاط النفس للأطفال المصابين بالملاريا لتحديد العلامات البيولوجية التنفس ناجحة. في وقت لاحق، نحن قد طبقت بنجاح هذا الأسلوب للافواج طب إضافية. وميزة هذا الأسلوب هو أنه يتطلب تعاون الحد الأدنى على جزء من المريض (للحصول على قيمة خاصة في طب الأطفال من السكان)، وفترة قصيرة جمع، لا يتطلب موظفين مدربين، ويمكن تنفيذها مع الأجهزة المحمولة في إعدادات الحقل ذات الموارد المحدودة.
Introduction
المؤشرات الحيوية يمكن أن تسفر عن معلومات قيمة عن العمليات البيولوجية العادية والمرضية التي قد تساهم في المرض سريرياً يمكن تحديدها. في الآونة الأخيرة، كان هناك اهتمام متزايد في تقييم التنفس التطاير كالمؤشرات الحيوية لمجموعة متنوعة من الحالات المرضية، بما في ذلك العدوى والاضطرابات الأيضية والسرطان 1. التنفس الزفير يحتوي على مستويات قابلة للقياس الكمي للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) والمركبات العضوية شبه المتطايرة والمواد المشتقة ميكروبيالي (مثلاً، الأحماض النووية من البكتيريا والفيروسات). الهدف المركزي لتحليل التنفس الزفير التبصر في حالة وجود حالة طبية و/أو التعرض البيئي غير إينفاسيفيلي. وهناك أساليب مختلفة لجمع وتحليل التنفس الزفير، اعتماداً على مكونات هذه الفائدة. لا يوجد حاليا أي أسلوب جمع التنفس الزفير موحدة، مما يزيد من تعقيد التحليل المقارن للنتائج عبر الدراسات. توحيد إجراءات جمع التنفس ضروري، كإجراءات أخذ العينات نفسها قد أثر كبير على نتائج تحليل التنفس المتلقين للمعلومات.
في العديد من الدراسات، يتم أخذ عينات التنفس الرئوي أواخر العاملين2،3. أخذ العينات هذا ينطوي على تجاهل الجزء الأولى من التنفس الزفير (“الفضاء الميت”)، من أجل التقاط الهواء تفضيلي في نهاية دورة التنفس. وميزة هذه الاستراتيجية أنه يقلل مستويات خارجية المركبات العضوية المتطايرة (مثل البيئة المركبات العضوية المتطايرة)، حين إثراء للمركبات العضوية المتطايرة الذاتية، الخاصة بالمريض. ويستثنى هذا الأسلوب الثواني القليلة الأولى من زفير من فرد قبل جمع العينة التنفس. غيرها من المحققين قد استخدمت جهاز استشعار ضغط لتنشيط العينات خلال مرحلة محددة مسبقاً من انقضاء4،5. لأنها تتطلب أجهزة استشعار الضغط الهندسية المعقدة، يتطلب هذا الأسلوب البديل جهاز أخذ عينات مخصصة ومكلفة نسبيا.
طب التنفس أخذ العينات يمكن أن يكون تحديا كبيرا. أحد الشواغل رئيسية أن الأطفال الصغار قد تكون غير قادر على التعاون مع بروتوكولات للتبرعات زفير الهواء “قتلى الفضاء”. لهذا السبب، فإنه من الأسهل الحصول على التنفس الرئوي مختلطة من الأطفال. تحذير رئيسية مع عينات التنفس الرئوي مختلطة غير خطر التلوث البيئي والمادي. ولذلك، إمكانية جمع طب الأطفال مصدر قلق قيادة في الميدان.
وبالإضافة إلى ذلك، إلى أساليب جمع، تخزين عينات التنفس يمكن أن تؤثر أيضا على نوعية العينة. ارتفاع نسبة الرطوبة في التنفس اكسهالاتي وتركيزات منخفضة للغاية (أجزاء كل تريليون) التنفس العضوية المتطايرة المركبات جعل التنفس العينات المعرضة بشكل خاص للمشاكل المتعلقة بالتخزين6،7. وعلى الرغم من الإمكانات الكبيرة للتقنيات في الوقت الحقيقي مثل بروتون نقل رد فعل-الكتلي (PTR-مرض التصلب العصبي المتعدد)، يظل GC-MS المعيار الذهبي لتحليل عينات التنفس. منذ GC-MS تحليل عينات التنفس أسلوب غير متصل، فإنه يقترن بأساليب الاعتقال السابقة مثل أنابيب الامتزاز الحراري (TD) والمرحلة الصلبة الصغيرة-استخراج إبرة فخ الأجهزة. قبل الاعتقال السابقة، تحتاج إلى عينات التنفس ليتم تخزينها مؤقتاً في أكياس البوليمر8. أكياس البوليمر تحظى بشعبية بسبب أسعارها معتدلة، ومتانة جيدة نسبيا، وإعادة استخدام. في حين يمكن إعادة استخدام أكياس، الوقت والجهد ضرورية لضمان كفاءة التنظيف7،8. يتطلب كل نوع حقيبة محددة أيضا إجراءات تجريبية حازمة وموحدة لمراقبة الجودة، وإعادة استخدام، والانتعاش.
أنابيب TD تستخدم على نطاق واسع للتنفس قبل تركيز لأنها التقاط عدد كبير من التطاير ويمكن تخصيصها. قد تكون المواد الماصة المستخدمة للتغليف والأنابيب TD تكييفها مع تطبيقات معينة والتطاير هدف معين من الفائدة. أنابيب TD إلى حد كبير تحسين راحة التنفس الدراسات العلامات البيولوجية، لا سيما في المواقع الميدانية النائية، نظراً لأن أنابيب TD بأمان تخزين التطاير التنفس لمدة أسبوعين على الأقل، وهي سهلة النقل3.
في محاولة لتوحيد جمع طب التنفس لاكتشاف العلامات البيولوجية، هنا يصف لنا طريقة بسيطة لجمع التنفس من الأطفال الصغار. لتوضيح نتائج تنفيذها بروتوكولات تمثيلية، وترد البيانات إزالة الألغام التي تم تحديدها من فوج الجارية الأطفال (سن 8-17) يجري تقييم للمرض الأحماض الدهنية في الكبد (NAFLD). وستبلغ النتائج الكاملة والتحليل لهذه الدراسة في نشرة لاحقة. في هذا العمل، نحن تقرير مجموعة فرعية من البيانات لإثبات تطبيق البروتوكول، لدينا. وباختصار، الأطفال هي تعليمات الزفير عادة عن طريق بوق في كيس من بوليمر، كما لو كان “تهب بالون”. يتم تكرار العملية 2-4 مرات حتى يتم جمع 1 لتر التنفس. العينة ثم تحويلها إلى أنبوب TD وتخزينها في 5 درجة مئوية قبل تحليل GC-MS.
Protocol
Representative Results
Discussion
وعلى الرغم من التقدم الكبير في التنفس للبحث على مدى العقد الماضي، تظل ممارسات موحدة لأخذ العينات وتحليل للتنفس الغاز التطاير غير معرف10. وكان سبب الرئيسي لهذا الافتقار إلى التوحيد تنوع أساليب جمع التنفس، التي لها تأثير مباشر على تنوع الكيميائية الناتجة عن هذا في أي نموذج معين…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نعرب عن امتناننا للأطفال والأسر في مستشفى سانت لويس “الأطفال” الذين شاركوا في هذه الدراسة. نعترف بالجهود فريدة من نوعها للسيدة ستايسي بوستما والسيدة جانيت سوكوليتش أثناء جمع التنفس. ويدعم هذا العمل “مؤسسة مستشفى سانت لويس” للأطفال.
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).
