近日,一則“新德里空氣污染嚴重,民眾花30元吸氧15分鐘"的新聞引起公眾關注。看似略顯荒謬,卻也發人深省。據報道,印度新德里空氣重度污染,多地PM2.5數值超過999,“爆表"程度相當于當地四千萬人每人每天吸33.2根香煙,對呼吸道的損傷可見一斑。
近幾年,霧霾話題總能常居“熱搜",一方面是環境問題嚴峻,另一方面,大家開始越來越重視自身健康。談癌色變的今天,人們愈發意識到自己的健康與一呼一吸息息相關,開始大量購買防霾口罩,空氣凈化器、新風系統也成為家裝。關注每口吸入空氣的你又可知道:每一下呼出氣也可以作為疾病初篩和診斷的依據?
實施慢性呼吸系統疾病防治行動
此前印發《關于實施健康中國行動的意見》明確指出:針對心腦血管疾病、癌癥、慢性呼吸系統疾病、糖尿病四類慢性病需要加強防控。針對呼吸系統疾病提出實施慢性呼吸系統疾病防治行動,引導重點人群早期發現疾病,控制危險因素,預防疾病發生發展。對于呼吸系統的疾病,如何快速發現、及早治療,也成為了相關研究需要突破的方向。
- 新型檢測方法 -
如今科學家們帶給了我們一種新型的檢測方法,只需要簡單的呼吸就能夠進行疾病初篩并提供診斷的依據。這就是今天我們要介紹的呼吸氣檢測,一種傷的、簡便快捷的診斷方式,可作為診斷呼吸系統疾病(如:哮喘)的方法。對人體肺泡氣中痕量的VOCs等小分子代謝物進行的代謝組學研究,目前已在肺癌、胃癌、結腸癌、乳腺癌、糖尿病等重大疾病的早期篩查和研究中有所應用,國外也有了相關應用的報道。
英國癌癥研究院(Cancer Research UK)和英國生物技術公司(Owlstone Medical)就“從癌癥患者的呼吸中尋找潛在的生物標記物"開始了臨床試驗。呼出氣中VOCs極低的濃度,對實驗設備(前處理富集和質譜分析)的靈敏度提出了極大的考驗。
具體方法
首先,Owlstone Medical與呼吸組學領域專家合作開發的一種非侵入性的呼吸檢測儀ReCIVA Breath Sampler(下圖),通過軟件控制采樣泵開關時間,結合Breath Biopsy Cartridge(呼吸氣吸附管),從而對測試者的呼出氣組分進行有效富集。
Owlstone Medical的呼吸氣采樣器
ReCIVA Breath Sampler
收集完成后,研究人員通過MarkesTD100-xr熱脫附儀對呼吸氣VOCs解析進樣,采用Thermo Scientific™ GC-Orbitrap/MS(高分辨靜電場軌道阱氣質聯用儀)進行分析。通過Thermo Scientific™ TraceFinder4.1對數據自動進行解卷積和譜庫檢索處理,并結合高分辨過濾分值(HRF Score)與保留指數(RI)進一步確證質譜定性結果。
賽默飛高分辨靜電場軌道阱氣質聯用儀與熱脫附儀聯機圖
TraceFinder4.1的高分辨數據解卷積和譜庫檢索界面
呼吸氣檢測中,重要的生物標記物往往因為濃度低、質譜響應信號弱,而被復雜的呼吸氣基質干擾所淹沒。Orbitrap作為質譜檢測器,以其高分辨率、高靈敏度著稱,同時寬線性動態范圍使得待測化合物即使處于或極低濃度時,也不會因為質量精度和離子比率的改變而導致定性錯誤。
有了全流程的分析儀器,該實驗基于吸煙相關的生物標記物數據庫對不同吸煙狀況人群(非吸煙者、吸煙者、戒煙者)的呼吸氣進行了研究,發現二甲基呋喃、甲ben、乙ben等化合物在呼吸氣中的含量與吸煙行為有的相關性。
Orbitrap高分辨靜電場軌道阱氣質聯用與呼吸氣采樣器、熱脫附儀聯用的一整套呼吸氣分析系統,在極低濃度呼吸氣生物標記物分析中展示出極大的優勢。雖然呼吸活檢仍處于臨床試驗階段,但未來可期,呼吸癌癥測試一旦成為現實,研究將影響數百萬人的生活,通過早期癌癥篩查,有望拯救數十萬人的生命并節省超過15億美元的相關醫療費用。一呼一吸之間,有我們對健康生活的追求,也會有我們對此的科學守護。
參考文獻:
BREATH BIOPSY: Combining Thermal Desorption-Gas Chromatography with High Resolution Mass Spectrometry for Improved Sensitivity and Selectivity in Untargeted Breath Analysis, Jasper Boschmans, Cristian Cojocariu, Paul Silcock, Billy Boyle, Alexander Makarov, Max Allsworth
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