Krooninen sairaus

tiivistelmä

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) peräisin virtsanäytteistä onko niitä voidaan käyttää luokitella näytteet noihin eturauhassyöpää ja ei-syöpä ryhmiä. Osallistujat olivat miehiä tarkoitetun laajuiseen peräsuolen ultraääni-ohjattu eturauhasen koepalan vuoksi kohonnut eturauhasen antigeenin (PSA) taso tai epänormaali havainnot eturauhasen. Virtsa kerättiin potilailta, joilla on eturauhasen syöpä (n = 59) ja syöpää vapaa ohjaimet (n = 43), päivänä niiden koepala ennen niiden menettelyyn. VOC kaasutilaan emäksiseksi virtsanäytteet uutettiin käyttäen kiinteän faasin mikro-uutto ja analysoitiin kaasukromatografialla /massaspektrometrialla. Luokitteluosuudet kehitettiin käyttäen Random Forest (RF) ja Linear Diskriminanttianalyysi (LDA) luokittelu tekniikoita. PSA yksin oli tarkkuus 62-64% näissä näytteissä. Malli perustuu 4 VOC 2,6-dimetyyli-7-okteeni-2-oli, pentanaali, 3-oktanoni, ja 2-oktanonia, oli hieman tarkempi 63-65%. Yhdistettynä PSA taso ja nämä neljä VOC-yhdisteet oli keskimääräinen tarkkuuksia 74% ja 65%, käyttäen RF- ja LDA, vastaavasti. Toistuvien kaksinkertainen ristivalidointi keskimääräinen tarkkuudet laski 71% ja 65%, käyttäen RF- ja LDA, vastaavasti. Tulokset VOC profiloinnin virtsaa headspace ovat rohkaisevia ja osoittavat, että on olemassa muita metabolomic keinoja kannattaa tutkia, jotka voisivat auttaa parantamaan kerrostuneisuus miesten eturauhassyövän riskiä. Tämä tutkimus myös lisää tietämystä profiilia yhdisteitä esiintyy emäksiseksi virtsasta, kontrollien ja syöpäpotilaiden, mikä on hyödyllistä tietoa tulevaisuuden tutkimuksessa verrattiin virtsasta potilailta muiden tautitilojen.

Citation: Khalid T , Aggiota R, White P, De Lacy Costello B, Persad R, Al-Kateb H, et al. (2015) Virtsan haihtuvia orgaanisia yhdisteitä varten havaitseminen Eturauhassyöpä. PLoS ONE 10 (11): e0143283. doi: 10,1371 /journal.pone.0143283

Editor: Franky L. Chan, Kiinan University of Hong Kong, HONGKONG

vastaanotettu: 10. heinäkuuta 2015 Hyväksytty: 03 marraskuu 2015; Julkaistu 24. marraskuuta 2015

Copyright: © 2015 Khalid ym. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään

Data Saatavuus: kaikki asiaankuuluvat tiedot kuuluvat paperin ja sen tukeminen Information tiedostoja.

Rahoitus: Tämä työ rahoitettiin rotaryklubin, https://www.rotary.org/en. Lisärahoitusta tarjosi Ralph Shackman Trust, Woodfines LLP, Lockton House, Clarendon Road, Cambridge, CB28FH. Ei virallista URL-osoite on kuitenkin rekisteröintitiedot hyväntekeväisyys löytyy: https://opencharities.org/charities/287406. Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

Eturauhassyöpä on toiseksi yleisin maligniteetti vaikuttaa miehiin kaikkialla maailmassa, mutta ei ole olemassa luotettavaa seulontaan. Yli 40000 tapauksia todetaan Britanniassa vuosittain [1], yleensä yhdistämällä eturauhasen (DRE), seerumin prostataspesifisen antigeenin (PSA) mittauksiin ja sen jälkeen trans-peräsuolen ultraääni-ohjattu (TRUS) eturauhasen koepala. Eturauhassyöpä on toiseksi yleisin kuolinsyy peräisin pahanlaatuisen Britanniassa [2].

Serum PSA kello katkeamisen 4 ng /ml, on osa FDA-hyväksytty seulonta ohjelma USA [3]. Kuitenkin PSA-testaus ei käytetä seulontaan muualla, koska sen matala herkkyys, arvioidaan olevan 21% havaitsemiseksi tahansa eturauhassyövän ja 51% havaitsemiseksi korkealaatuisesta syöpiä (Gleason ≥8) PSA cut-off-arvot 4,0 ng /ml [4]. Väärä negatiivinen korko on jopa 20%: iin, joka cut-off [5, 6]. Seulonnassa vain 25- 30% miehistä, joilla on kohonneet PSA-arvot 4-10 ng /ml on eturauhassyöpä [7, 8].

Seulonta perustuu PSA-arvot on johtanut ahdistusta monille miehille, jotka ei ole eturauhassyöpää ja yli-diagnoosin hitaasti kasvavia syöpiä, jotka olivat todennäköisesti aiheuta merkittävää riskiä potilaille. Kaksi viimeaikaista suurta seulonta tutkimuksissa ei havaittu huomattavia laskua kuolleisuus eturauhassyöpään seuraavista PSA-seulontaa testit [9, 10].

Muita mahdollisia veren ja virtsan perustuu biomarkkereita eturauhasen syöpä ovat: eturauhassyöpä antigeeni 3 [pCA3 ] [11], solunsisäinen PSA [12], PSA johdannaiset [13], varhaisvaiheen eturauhassyöpä antigeeni 2 [14], anneksiini A3 [15], fuusio geeni TMPRSS2: ERG [16, 17], ihmisen kallikreiini 2 [18] ja Engrailed-2-proteiinia (EN2) [19, 20]. Kuitenkaan mikään näistä käytetään seulontaan [21, 22]. Sarkosiini ehdotettiin biomarkkerina metastaattinen eturauhassyöpä [23], mutta tämä havainto ei ole toistettu [24-26].

Useat tutkimukset ovat raportoineet, että koirat voidaan kouluttaa havaitsemaan ihon, virtsarakon, keuhkojen, rinta- ja munasarjasyövän peräisin hengitys, kudos- ja virtsanäytteitä [27-30]. Cornu

et al

koulutettu belgialainen Mallinois tunnistamaan eturauhassyöpää kontrollista virtsanäytteistä herkkyydellä ja spesifisyys 91% [31]. Elliker

et al

koulutettu kaksi koiraa tunnistamaan eturauhassyöpää kontrollista virtsanäytteistä, mutta ne eivät kyenneet erottamaan syövät tarkastuksissa kun esitetään uutta näytettä kaksoissokkotutkimuksessa testi [32]. Taverna

et al

kerätyt näytteet 362 eturauhassyöpäpotilaalla ja 540 ohjauksessa: 2 koiraa testattiin, koira 1 suoritetaan parhaiten herkkyydellä 100% ja spesifisyys 98,7% ja koira 2 saavutettu herkkyys 98,6% ja spesifisyys 97,6% [33].

jälkeen proof of concept koirilla, tutkijat ovat myös testattu elektroninen nenä tekniikka syrjiä hajua virtsaa potilailta, joilla eturauhasen syöpä ja valvonta, saavuttaa herkkyys 71-82 % ja spesifisyys 67-93% [34, 35].

hajua allekirjoitus virtsan tuotetaan tunnettua ainetta haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC), jotka voidaan erottaa toisistaan ​​ja tunnistaa kaasukromatografialla /massaspektroskopia (GC /MS). Tässä tutkimuksessa olemme verranneet VOC profiilit virtsan kaasutilaan 102 potilaalla on urologiset oireita, joista 59 oli eturauhasen syöpä ja 43, jotka eivät. Parhaan tietomme mukaan ei paljon työtä on julkaistu tähän mennessä.

Materiaalit ja menetelmät

Eettinen hyväksyntä Tutkimuksen saatiin Wiltshire Research eettisen komitean (REC viitenumero 08 /H0104 /63; protokolla SU /2008/2901 versio 3 hyväksytty 09.06.2009), jossa R aikaisemmassa tutkimuksessa vain yksi säätimillä on korotettu PSA.

Peng

et al

. 2010 testasi uloshengitysilman VOC profiilit terveiden verrokkien (n = 22) sekä potilailla, joilla on keuhkojen ( n = 30), rintojen (n = 22), peräsuolen (n = 26), ja eturauhasen syöpä (n = 18) [49]. Kirjoittajat havaitsivat, että tolueeni, 2-amino-5-isopropyyli-8-metyyli-1-azulenecarbonitrile, p-ksyleeniä, ja 2,2-dimetyyli-dekaania osoitti ole päällekkäisyyksiä runsaasti välillä terveiden kontrollien ja potilaille, joilla on eturauhasen syöpä. Ne kuitenkin jätetty yhdisteitä esittää 80% sekä syövän ja kontrolliryhmien analyysistä. Tämä on todennäköisesti johtanut menetys yhdisteiden paremmin erotteleva teho kuin yllä raportoidut johtaneessa sulkea klustereiden yhdiste runsaus välillä eturauhassyövän ja kontrolliryhmiin. Lisäksi Peng

et al

. käytetyt suhteellisen pieni tutkimus koon ja verrattiin syöpä ryhmät terveisiin tapauksissa, jotka eivät sovellu valvontaa. Tutkimus julkaistiin Nature syntyy merkittävää kiinnostusta molekyylin sarkosiini mahdollisena biomarkkereiden aggressiivisen eturauhasen syöpiä [23]. Merkittävästi korkeammat tasot sarkosiini raportoitu sekä virtsan sedimentissä ja supernatantit biopsia-positiivisia eturauhassyöpäpotilailla (

n

= 44) verrattuna biopsia-negatiivisiin kontrolleihin (

n

= 51). Kuitenkin ennustearvo sarkosiinimetyylieste- oli vaatimaton, joiden kokonaispinta-ala käyrän alla (AUC) vastaanottimen toimivien (ROC) käyrä 0,71 virtsan sedimentin ja 0,67 varten supernatantteja. Lisätutkimukset haluavat vahvistaa tätä työtä pettymyksen [24-26]. Tunnistamista rajalliset mahdollisuudet sarkosiini, Wu ja työtoverit menivät tutkimaan muita metabolomic merkkiaineiden virtsaan 20 potilaalta, joilla on eturauhassyöpä, 8, joilla on hyvänlaatuinen eturauhasen liikakasvu, ja 20 tervettä miestä [26]. He käyttivät mikroaaltouuni-avusteinen johdannaisten ennen GC /MS-analyysejä havaitseminen molekyylipainon yhdisteiden, kuten aminohappojen, orgaanisten happojen, hiilihydraattien ja rasvahapot. Korkeammalla orgaanisista hapoista: dihydroxybutanoic happo ja ksylonihappoa alentavat pyrimidiinistä ja hiilihydraatteja: xylopyranose ja ribofuranosidi havaittiin eturauhassyöpää ryhmä. Diagnostinen malli, joka perustuu näihin 5 merkki metaboliittien raportoitu AUC-arvo 0,825 ROC käyrä. Jälleen suurin puute tämän työn on riittämätön ja soveliaita laitteita. Paljon lisätyötä tarvitaan suuria, monikeskustutkimus tutkimuksia riippumattomien tutkimusryhmien jos vankka biomarkkereita eturauhassyövän koskaan löytyvät huomioon menneistä epäonnistumisista vahvistukseksi aluksi ”lupaava” biomarkkereita, PSA ja sarkosiinin ovat erinomaisia ​​esimerkkejä. Todellisuudessa suurin osa uusien biomarkkereiden raportoitu kirjallisuudessa ei seuraavan este vahvistaa niiden mahdollisuuksia diagnosointiin tai johdon syövän. Prensner

et al

., Listattu viisi yhteistä syitä: puute vankan testipöytäkirjan uusittavuuteen puolueellinen vertailu ryhmien tutkimuksessa (tapaus vastaan ​​kontrollit), määrittelemätön tai sopimaton kliininen rooli biomarkkereiden tilastollisesti underpowered tutkimuksen kokoa, ja sopimatonta tilastollinen analyysi, mukaan lukien yli asentaminen tietojen [50]. Kunnes tulokset voidaan vahvistaa erillisissä tutkimuksissa sopivia ristivalidointi tilastollisen analyysin olisi sovellettava varovaista lähestymistapaa arvioida ennakoivaa tarkkuus (ja siten voimassaoloaika) on biomarkkereiden (t) uusista tapauksista peräisin samasta potilasryhmille. Rosenberg

et al

., Ovat ottaneet käyttöön soveltaminen kaksinkertaisen rajat validointijärjestelmä on proteomiikka- tiedot ihmisillä eturauhas- ja paksusuolen kasvaimissa [51]. Tässä nykyisessä tutkimuksessa, luokittelu mallien validoitiin käyttäen toistettiin ja toistettiin kaksinkertainen ristivalidointi. Kuitenkin tulokset ilmoitetaan tässä pitäisi silti hoitaa varoen annetaan tämä on pieni tutkimus, joka voitaisiin kohtuuttomasti vaikuttaa satunnaisesti tai ei-satunnainen permutaatio ja häiritsevien tekijöiden. VOC-malli, joka perustuu läsnä tai poissa neljä haihtuvien yhdisteiden: 2,6-dimetyyli-7-okten-2-oli, pentanaali, 3-oktanoni, ja 2-oktanonia. Paitsi pentanaalista, kaikki nämä yhdisteet olivat alas-säänneltyjen ja /tai harvemmin läsnä virtsanäytteiden eturauhassyöpäpotilaalla. Aldehydien on yhdistetty syöpään ja tulehdustilat kautta liiallisen reaktiivisten hapen lajien (ROS), joiden tiedetään aiheuttavan lipidiperoksidaation [52]. Tämä saattaa selittää korkeampi esiintyvyys pentanaalista havaita virtsanäytteistä potilaita, joilla on eturauhasen syöpä. Suostumuksella havaintomme, muut metabolomic tutkimukset ovat myös yleisesti havaittu suuntaus vähentynyt tuotanto (down-regulation) tiettyjen aineenvaihduntatuotteiden syövän ryhmissä verrattuna kontrolliryhmiin [53, 54]. Mahdollinen selitys tälle suuntaus saattaa olla, että syöpäsolut ovat käyttämällä joitakin näistä aineenvaihduntatuotteiden voidaan vastata lisääntyneen energiankulutuksen ja muuntaa näiden yhdisteiden muihin aineisiin, joita ei voida havaita GC /MS: llä. S2 Taulukossa luetellaan kaikki yhdisteitä esiintyy joka lisää tietoamme yhdisteistä löytyy emäksiseksi virtsaa urologiset valvontaa ja syöpäpotilailla. Tämä on hyötyä vertailuja muissa tutkimuksissa mitata haihtuvia virtsasta.

Tulokset raportoimme täällä erotteleva valmiuksia virtsan VOC-yhdisteet ovat kovin ratkaisevia, mutta ne heijastavat havaintoja muita ryhmiä, jotka ovat testissä potentiaali biologisten merkkiaineiden virtsa ja veri (pCA3 [55], multiplex virtsa RNA perustuu biomarkkerit [56], ja eturauhasen Health Index perustuu PSA ja sen johdannainen [-2] proPSA ja% FPSA [57, 58]) ja erottelun eturauhassyöpäpotilaalla kontrolleihin. On erittäin tärkeää, että tutkimus ikäluokat tarkasti erityisiä potilasryhmää, jolle biomerkkitesti on tarkoitettu. Siksi rekrytoimme ohjausobjektit urologian klinikan päivänä niiden eturauhasen koepala, jotka olivat seurattiin oireiden epäilyttäviä eturauhassyöpää. Todellakin, kaikki tämän tutkimuksen potilaiden oli joko kohonneet PSA-arvot tai epänormaaleja löydöksiä on eturauhasen. Perustuen PSA-pitoisuudet yksin, potilaat voivat luokitella jolloin keskimääräinen tarkkuus 61% ja 63% käyttäen RF- ja LDA luokittelutekniikoita vastaavasti toistuvien kaksinkertainen ristivalidointi. Se on kliinisesti haastavaa erottamaan nämä ei-syöpä potilailla, joilla urologiset oireita, joilla on eturauhasen syöpä. Se oli myös haastavaa erotella näiden kahden ryhmän perustuen virtsaan VOC: koska tämä antoi samanlaisia ​​luokittelun tuloksia, jotka on saatu PSA-arvot. Perustuu läsnäolo tai puuttuminen neljä yhdistettä, virtsanäytteen luokiteltiin keskimääräinen tarkkuus 65% ja 63%, käyttäen RF- ja LDA luokittelutekniikoita vastaavasti toistuvien kaksinkertainen ristivalidointi. Yhdistämällä PSA tasoilla virtsan VOC vain antoi marginaalinen parannus luokittelu potilaista, raportointi keskimääräinen tarkkuus 71% ja 65% käyttäen RF- ja LDA luokittelutekniikoita vastaavasti toistuvien kaksinkertainen ristivalidointi.

Nämä kaksi tekniikkaa valittiin, koska niiden täydentävä luonne eli LDA on yksi luokittelija, joka käyttää lineaarista päätös rajan ja ansiona on yksinkertaisuus, kun se toimii, kun taas, ja sitä vastoin Random Forest on voimakas kokonaisuus lähestymistapaa, joka voi tehdä hyvin, kun monimutkaisia ​​vuorovaikutuksia voidaan tarvita saada hyviä ennusteita tarkkuus. Tässä nykyisessä tutkimuksessa, luokittelu mallien validoitiin käyttäen toistettiin ja toistettiin kaksinkertainen ristivalidointi. Toistuva kaksinkertainen ristivalidointi (rdCV) on järjestelmällinen menettely, joka toistuvasti satunnaisesti jakaa tiedot kalibrointinäytettä mallin kehittämiseen ja osaksi holdout näyte mallin arviointi, ja tarjoaa realistinen arvio mallin tarkkuutta, kun sitä sovelletaan uusien havaintojen vedetään sama homogeeninen väestö. Kuitenkin tulokset ilmoitetaan tässä pitäisi silti hoitaa varoen annetaan tämä on pieni tutkimus, joka ei saa riittävästi kaapata monimuotoisuuden yleisölle ja joka voidaan asettaa häiritsevien tekijöiden.

monen käyttöjärjestelmän menetelmä, joka yhdistää haihtuvia analyysit analyysejä ei-haihtuvien yhdisteiden (käyttäen ydinmagneettiresonanssispektroskopialla tai korkean erotuskyvyn nestekromatografia /massaspektrometria lähestymistapoja) auttaa toteuttamaan entistä kattavampi käsitys metabolisen ominaisuuksien eturauhassyövän ja voi auttaa selventämään metaboliareittiä liittyy aggressiiviseen muotoihin syövän. Nykyiset tiedot viittaavat siihen, että VOC analyysejä voidaan käyttää lisäksi PSA testaus löytää potilailla, joilla on eturauhasen syöpä. Tulevaisuuden työ olisi harkittava menetelmiä tulosten optimoimiseksi ja tutkia muita keinoja talteen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden virtsanäytteistä kuten johdannaisten.

rajoitus Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli, että virtsanäytteet otettiin eri vuorokaudenaikoina, siis vaihteleva pitoisuus. Kokoelma ensikierron virtsa olisi minimoitu virtsa laimennus ja erot virtsan pitoisuutena TET, mutta tämä olisi haittaa myös näytteiden kerääminen. Jatkotutkimuksissa Tällaiset pitäisi vaivaa mitata tasoa virtsan kreatiniinin tai virtsan osmolaalisuus asteen määrittämiseksi virtsan laimennus. Tämä voi auttaa määrittämään hyväksyttävällä alueella virtsan pitoisuuksien analyysi headspace VOC-yhdisteiden tai tarjota keinoja korjata virtsan laimennus.

On myös tärkeää huomata, että biopsia tulosta ei sulje pois eturauhassyövän täysin näiden potilaiden, mutta voi vain vahvistaa, että ei ollut syöpä todettu kudosnäytteistä otetaan. Siksi on edelleen mahdollista, että jotkut potilaat virheellisesti luokiteltu negatiivisiksi eturauhassyövän ja tämä olisi voinut vaikuttaa kielteisesti antureista mallien.

biomarkkereiden tutkimus keskitytään yleensä varhaisen diagnosoinnin mutta on väitetty, että , eturauhasen syöpä, suurin tyydyttämätön kliininen tarve on erottaa alhaisen riskin tai hitaasti kasvavia syöpiä päässä aggressiivinen ne [50]. Tunnistaminen ja validointi prognostisia ja ennakoivan biomarkkerit auttavat vähentämään tarpeetonta toimenpiteitä, jotka voivat aiheuttaa enemmän haittaa kuin hyötyä, seurata etenemistä aikana ”valpas odottaa” ja tavoite hoitoa niille potilaille, jotka todennäköisimmin hyötyvät [50]. Tarvitaan lisää työtä johtaa parannettu menetelmä tunnistaa aggressiivinen kasvaimia. Paljon suurempi tutkimus on perusteltua tutkia tätä.

Johtopäätös

Urology potilailla, joilla on kohonnut PSA-arvot yleensä tehdään TRUS-ohjattu neula eturauhasen biopsia vahvistaa tai sulkea pois eturauhassyövän diagnoosia. Väestössä tutkittiin, luokittelu potilaiden virtsan VOC testaus oli verrattavissa PSA-testauksen. Yhdistämällä PSA tasoilla virtsan VOC-yhdisteiden johti marginaalinen parannus testiä. Nämä tulokset ovat rohkaisevia ja osoittavat, että on olemassa muita metabolomic keinoja kannattaa tutkia, jotka voisivat auttaa parantamaan kerrostuneisuus miesten eturauhassyövän riskiä edellyttävät seurantaa.