Lättflyktiga organiska föreningar (VOCs)
Lättflyktiga organiska föreningar är en översättning från Volatile Organic Compounds (VOCs) är gasmolekyler som har ett högt ångtryck i normal rumstemperatur. VOCs skapas av metaboliska förändringar inuti kroppen och produktionen beror till stor del av ämnesomsättningen, där olika sjukdomar kan påverka metaboliska förändringar. Det går alltså att särskilja en persons hälsa utifrån förändrade volymer av VOCs som är representerade i utandningsluften. Dessa VOCs kan vara representerade i urin, avföring och saliv men till skillnad från dessa genomiska analyser kan en mer relevant avläsning och kontroll av en persons förändrade värden göras genom att se de olika koncentrationerna med högre känslighet kopplade till de processer som sker i cellerna, vävnaderna och mikrobiomet. Diagnostik av utandningsluften har flera fördelar än genomik, transkriptomik och proteomik då man kan analysera metaboliterna. Dessa ger en real nulägesbild över sjukdomsaktiviteten och de metaboliska förändringarna i kroppen. VOCs i utandningsluften kan produceras biokemiskt av de celler och vävnader som finns i kroppen (endogena) eller uppstå av omgivningen (exogena). Att kunna insamla information om hälsa och välmående kan göras mer effektivt och med högre känslighet än genom b.la. blodprov om man kan analysera utandningsluften över tid (runt 10 minuter). Det blir då en möjlighet att insamla och detektera dessa biomarkörer som finns i hela
kroppen.
Revolutionerande patientnära diagnostik
Traditionella alternativ för diagnostik är via blod- och urinprov. Din utandningsluft innehåller flera olika kemiska föreningar och genom att diagnosticera den utandade luften, går det att se förändrade värden hos en patient. Detta eftersom lättflyktiga organiska föreningar är biomarkörer som kan ses i utandningsluften och detta beror på den metaboliska processen, som sker i kroppen. Det finns endogena VOCs som kommer inifrån kroppen, medan det finns exogena VOCs som kommer från externa källor som, läkemedel, kost och från miljöexponering. Förändringar hos dessa endogena VOCs kan vara karakteristiska för specifika sjukdomar. Det finns idag ett stort behov för att på kort tid, ge precis diagnostik i ett tidigt stadie. Att kunna ta ett utandningsprov i patientnära miljö är således lösningen och bidrar till snabbare diagnostik och bättre uppföljning (point-of-care).
Livsstil har direkt påverkan på hälsan
Påverkan på graden av VOCs som är representativa i utandningsluften beror till stor del av den diet och kost som är del av vardagen. Rökning påverkar mängden av acetonitril och är en kemisk signatur som inte kan bli producerad endogent. Vilken kost en person förtär har en direkt inverkan på den mängd kolhydrater och fett som påverkar metabolismen och därmed mängden VOCs. Förändrade nivåer förändrar produktionen av isopren och aceton som i sin tur påverkar kolestrolsyntesen, proteinmetabolismen och som resulterar i ökad produktion av ammoniak och kväveoxid.
De metaboliska processerna har också direkt påverkan på kroppens mikrobiota och ökar mängden VOCs. Detta kan kopplas till bakteriell fermentering av komplexa proteiner och kolhydrater i tarmkanalen som genererar gaser som väte, vätesulfid, metan och ammoniak. Dessa VOCs kan vara patogena mikroorganismer som C. difficile eller M. tuberkulos vilket kan vara värdefull information vid diagnostik av dessa infektioner. Att analysera utandningsluften genom utandningsprover kan vara användbart vid vissa typer av läkemedel som Propofol under en behandling och/eller efter en behandling. Vissa flyktiga ämnen kan ge en uppfattning om farmakokinetik som farmakodynamik och metodiken kan också användas för att kontrollera och analysera missbruk av narkotikapreparat eller upptäckten av sådana vilket gör det användarbart av blåljuspersonal att använda denna typ av analys och få ett juridiskt bindande resultat ute i fält. Idag finns ingen sådan möjlighet, förutom ett alkoholtest.
Omgivningen påverkar oss mer än vad du tror
Även om dessa VOCs produceras inuti kroppen, är alltid exogena VOCs närvarande i utandningsluften på grund av omgivningen, livsstil, diet, mikrobiotan och på grund av detta och dess påverkan på sjukdomar är exogena VOCs viktiga för att kunna fastställa diagnos och koppla det till forskningen. Den amerikanska Försvarsmakten har gjort tester av personal som blivit exponerade av flygplansbränsle genom att analysera utandningsluften. Här kunde man se ett samband mellan alifatiska och aromatiska kolväten som biomarkörer för att påvisa korrelation och grad av exponering. Faktorer i vår omgivning och exponering mot dessa påverkar en människas välmående och hälsa kortsiktigt och långsiktigt. Världshälsoorganisationen (WHO) beräknar att dödsfall kopplade till arbetsmiljöhälsa och den exponering som man utsätts för är bland toppen av de riskfaktorer för att utveckla svåra sjukdomar som cancer b.la.
Det bedrivs idag forskning utifrån exponeringen och detta görs utifrån ett långsiktigt perspektiv för att förstå påverkan över tid, dvs. under en livstid. Att kunna få adekvat information är därför svårt och den biologiska informationen kan inte ge resultat om man analyserar data över tid. Däremot, om analysmetoden kan detektera biomarkörer i utandningsluften och mäta dessa förändringar och det kan implementeras, kan detta ge tidiga indikationer om farlig exponering genom ökade chanser att se de flyktiga organiska föreningarna i väldigt låga koncentrationer. Först då kan man vidta förbättrade åtgärder som minimerar riskerna för utveckling av sjukdomar och som då reducerar riskerna för arbetsrelaterade och/eller dödsfall som påverkats av exponering från omgivningen.
Rökning är ett exempel
Ett tydligt exempel som förklarar ett sådant samband är hur rökning som extern faktor påverkar och utvecklar lungcancer. GC-UV tekniken har genom studier undersökt rökning. Ett annat tydligt exempel är hur asbest, dvs. mineraler från naturen kan leda till cancer (mesoteliom). Det är framför allt personer inom byggbranschen som riskerar att bli exponerade för asbest. Att implementera analysen minimerar riskerna för att behöva göra estimat på de risker som finns på olika arbetsplatser. Riskerna minimeras om det finns lättillgänglig utrustning. Att analysera blod ger en direkt mätning om den kemiska signaturen i kroppen. Dock är det en icke-invasiv metod som förenklar analysen och av expomics, dvs. (Environmental Exposure), där det behövs insamling från personer som inte är sjuka eftersom man vill mäta utvecklingen över tid. Att använda en invasiv metod för att kontrollera och mäta utvecklingen över tid försvårar arbetet och den frivilligheten hos friska människor finns idag inte. Att genomföra en sådan studie över lång tid på friska människor, så behöves en annan analysmetod som är bekväm att delta i och utföra. Att analysera utandningsluften är därför enkelt att utöva och enkelt att integrera med andra metoder och eftersom metoden är icke-invasiv ökar det chanserna att analysera en bredare målgrupp. Det blir också en möjlighet att kunna analysera hälsotillstånd genom att identifiera biomarkörer kopplade till arbetsmiljön genom att studera kemiska signaturer som bensen, toluen, etylbensen och xylener, som brukar förklaras för BTEX. Att analysera dessa genom parts per million (ppm) eller billion (ppb) kan göras möjligt genom GC-UV teknik. Att studera BTEX är ofta av intresse i studier för att se hur kroppens metabolomik förändras genom exponering av dessa ofta förekommande substanser på arbetsplatser. Det är därför ett stort intresse att analysera och mäta dessa substanser.
