Интервью с доктором Джейн Хилл, Дартмутский колледж, проведенное Эйприл Кашин-Гарбатт (April Cashin-Garbutt), Массачусетс (Кантаб).
Когда было впервые обнаружено, что выдыхаемый пациентом воздух может быть использован для диагностики болезни?
Выдыхаемый пациентами воздух впервые был использован для диагностики болезни, насколько нам известно, древнегреческим врачом Гиппократом, который в 400 году до н.э. описал «дыхание мертвых» («fetorhepaticus»), ссылаясь на резкий запах тиолов в воздухе, выдыхаемом пациентами с дисфункцией печени.
Первая система, использующая выдыхаемый воздух для диагностики возбудителей инфекции, одобренная. Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), была одобрена в 1996 году. Это был дыхательный тест с использованием мочевины для определения бактерии Helicobacterpylori (бактерия, вызывающая язву желудка).
Развивающиеся последние несколько десятилетий аналитическая технология и клиническая микробиология привели к появлению значительных достижений в области специальных знаний, необходимых для разработки дыхательного теста для диагностики инфекций. В настоящее время многочисленные исследовательские группы сосредоточили свое внимание на вопросе оценки выдыхаемого пациентом воздуха, как диагностической среды для определения инфекционных заболеваний. Но здесь по-прежнему еще необходимо преодолеть серьезные проблемы.
Какие новые знания мы накопили в этой области за последние годы, и какие научно-технические достижения важны для Ваших исследований?
Разработка надежной методики сбора образцов выдыхаемого воздуха — это одно из направлений, которое позволило нам за последние несколько лет расширить свое понимание в этой области. Состав компонентов в выдыхаемом воздухе зависит от выполнения физических упражнений, от положения: сидя или стоя и т. п., поэтому так важно иметь надежную систему исходных параметров определения выдыхаемого воздуха.
В Дартмутском колледже мы используем современное аналитическое оборудование для анализа образцов выдыхаемого воздуха, в том числе систему, которую мы разработали на основе модифицированной нами системы AB Sciex, основанную на принципе масс-спектрометрии вторичных ионов с ионизацией электрораспылением, что позволяет нам проводить анализ летучих веществ практически в режиме реального времени.
Другой прибор, который мы используем — это система для двумерной газовой хроматографии с время пролетным масс-спектрометрическим анализатором компании LECO, позволяющая получить более полные данные о химическом составе. С помощью этих приборов мы можем самым тщательным образом исследовать молекулы, содержащиеся в выдыхаемом воздухе. Разработка чувствительных средств обнаружения в реальном времени, которые можно внедрить в клиническую практику – это важная область исследований, которые получат дальнейшее развитие.
Включение врачей в группы по исследованию выдыхаемого воздуха наряду с химиками-аналитиками также помогло сосредоточиться на вопросах изучения связи состава выдыхаемого воздуха и инфекционных болезней. Для того, чтобы облегчить внедрение результатов исследований в клиническую практику, в работу лабораторий по исследованию выдыхаемого воздуха все чаще активно привлекаются и статистики, инженеры и клинические микробиологи.
Как добиться внедрения лабораторных результатов в клиническую практику?
В настоящий момент удалось перенести в клиническую практику очень небольшое количество биомаркеров с экспериментально подтвержденной концепцией. Я полагаю, что успех более вероятен, когда базовая биохимическая гипотеза четкая, и когда хорошо известна связь с патогенезом заболевания. Без ясного понимания физиологии организма и реакции организма-хозяина во время инфицирования, а также клинических факторов, таких как сопутствующие заболевания или биохимические процессы, этот метод не сможет развиваться дальше.
Исследователям необходимо понимать, что в разработке анализа выдыхаемого воздуха для диагностики инфекционных заболеваний существует несколько этапов. Этот процесс длителен, и включает анализ и последовательную отработку результатов в процессе обсуждения полученных данных с химиками, врачами, клиническими микробиологами и т.д. Перенесение исследований в клиническую практику возможно, однако важно, чтобы допускаемые предположения были сведены к минимуму и всегда согласованы с данными, полученными от врачей-консультантов.
Системы клеточной культуры могут и должны использоваться при рассмотрении разрабатываемой технологии, которая, например, может быть нацелена на то, чтобы анализировать летучие молекулы быстро или особо чувствительным методом. Оценка технологии в этой экспериментальной системе — это важный испытательный полигон.
Затем, если доказательство концепции работает, перенос этого метода в клиническую практику должен быть осуществлен при совместной работе с врачами и другими специалистами по внедрению в клиническую практику. Несмотря на то, что научная информация о функционировании организма и популяции пациентов может быть хорошо известна, необходимо принимать во внимание другие факторы клинического характера, влияющие на результаты. Эти факторы, искажающие результаты, весьма отличаются от более конкретных и хорошо понимаемых проблем, которые обычно рассматриваются химиками-аналитиками в условиях лаборатории.
Например, пациент может иметь особенность в виде сопутствующей патологии, такой как первичное сердечно-сосудистое заболевание или диабет, что может влиять на молекулярный состав выдыхаемого воздуха. Влияние на результат также как может оказывать состав контрольных групп пациентов, набранных для участия в исследовании выдыхаемого воздуха. Если неоднородность, которая появляется в популяции пациентов, не учитывается, как в отношении заболеваний, которые могут показаться похожими на заболевания, с которыми вы работаете в целях диагностики, так и тех, которые могут присутствовать в общей популяции, ваша оценка предполагаемых биомаркеровв выдыхаемом воздухе может оказаться неэффективной. Предотвращение этой общей ошибки обычно достигается при активном участии в проекте, включая ранние этапы планирования, клинического персонала, такого как врачи и медсестры.
Распространенная ошибка при попытке перевести лабораторные исследования в клиническую практику с целью исследования выдыхаемого воздуха для диагностики инфекций состоит в предположении, что летучие молекулы, сформированные в лабораторных условиях, будут точно такими же, как молекулы, обнаруженные у человека, что крайне маловероятно. Поэтому очень важно, чтобы разработка гипотез учеными продолжалась, как при исследованиях invitro, так и invivo.
Как Вы думаете, какое будущее ожидает метод диагностики инфекций с помощью анализа молекул, содержащихся в выдыхаемом пациентом воздухе?
Необходимо преодолеть ряд препятствий. Так, не просто получить одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и Агентства по контролю за лекарственными средствами и медицинскими изделиями Великобритании (MHRA). Процесс получения разрешения занимает годы. Тем не менее, лет через десять на рынке появятся новые методы для исследования выдыхаемого воздуха. Я надеюсь, что моя лабораториястанет частью надвигающихся перемен.
Пожалуйста, расскажите о своем предстоящем выступлении на конференции «Питткон 2017» («Pittcon 2017»)?
Мое выступление на конференции «Питткон» будет посвящено эффективному использованию клеточных культур для получения наборов данных на уровне экспериментальной проверки концепции, для последующего использования в клинической практике. Я также расскажу о перспективе этих экспериментов в более широком контексте, применительно к клиническим исследованиям.
В частности, я остановлюсь на следующих трех бактериальных инфекциях:
1. Туберкулез
Туберкулез ежегодно уносит жизни около полутора миллионов человек, и год за годом остается самым опасныминфекционным заболеванием. Я расскажу о работе, которая начинается отиспытаний на лабораторном стенде и продолжается до анализа состояния пациента.
2. Инфекция, вызываемая бактерией Pseudomonasaeruginosa
Pseudomonasaeruginosa — это условно-патогенный микроорганизм, который особенно сильно поражает уязвимые группы населения, например, пациентов, страдающих кистозным фиброзом или хроническим обструктивным заболеванием легких, что приводит к высокому уровню заболеваемости и смертности у таких пациентов. Мы провели много лабораторных и клинических исследований в этой области, и в своем выступлении на конференции «Питткон» я попытаюсь провести связь между ними.
3. Бактерии с множественной лекарственной устойчивостью
Я поделюсь результатами нашей предыдущей работы по выработке возможных стратегий выявления мультирезистентных бактерий.
Где читатели могут найти дополнительную информацию?
- http://iopscience.iop.org/journal/1752-7163
- https://engineering.dartmouth.edu/people/faculty/jane-hill
О «Питткон»
«Питткон®» (Pittcon®) — зарегистрированная торговая марка Питтсбурской конференции по аналитической химии и прикладной спектроскопии (The Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy), некоммерческой организации в Пенсильвании. «Питткон» — это ежегодная конференция и выставка лабораторного научного оборудования, спонсируемая совместно Обществом спектроскопии Питтсбурга (Spectroscopy Society of Pittsburgh) и Обществом химиков-аналитиков Питтсбурга (Society for Analytical Chemists of Pittsburgh),
Денежные средства поступают от научно-просветительского фонда «Питткон» и от образовательно-информационной деятельности на всех уровнях:начиная от детских садовдо взрослой аудитории. «Питткон» жертвует более миллиона долларов в год для оказания финансовой и административной поддержки различным научным мероприятиям, включая гранты на научное оборудование, гранты на научные исследования, стипендии и стажировки для студентов, премии преподавателям и профессорам, гранты общественным научным центрам, библиотекам и музеям.
Для получения дополнительной информациипосетите сайт: pittcon.org.
Авторитетные эксперты
Джейн Хилл, доктор ест.наук (JaneHill, Ph.D)
Аллен Хаус, профессор, Дартмутский колледж, США (Allen House, Professor, Dartmouth College)
Медицинский перевод статьи с сайта News-Medical.net. Информационный материал спонсирован Pittcon
