Grâce à un échantillonnage d'haleine de pointe, les scientifiques ont réalisé une percée dans le diagnostic des infections des voies respiratoires inférieures grâce à un test in vitro qui pourrait transformer les soins aux patients dans les unités de soins intensifs du monde entier.
Étude: Un test de diagnostic in vitro basé sur la respiration pour la détection des infections des voies respiratoires inférieures. Crédit d'image : Butusova Elena/Shutterstock.com
Une étude récente publiée dans la revue Nexus PNAS étudie comment l'analyse basée sur la respiration pourrait être utilisée pour diagnostiquer avec précision et précocement les infections des voies respiratoires inférieures (IVRI).
Sommaire
Comment diagnostique-t-on les IVRI ?
Les IVRI, qui comprennent la bronchite, la pneumonie et la bronchiolite, sont la cinquième cause de décès dans le monde, avec plus de 2,74 millions de décès signalés en 2015. Cette statistique n'inclut notamment pas les décès attribués à la tuberculose ou à la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). , qui sont toutes deux des infections pulmonaires associées à une mortalité importante.
Le diagnostic d'IVRI repose souvent sur des méthodes microbiologiques telles que la culture, qui sont souvent des processus longs et exigeants en main-d'œuvre. Les techniques moléculaires telles que les tests d'amplification des acides nucléiques (TAAN), dont la plus remarquable est la réaction en chaîne par polymérase (PCR), sont des méthodes très sensibles qui peuvent fournir des résultats plus rapidement que les analyses microbiologiques. Cependant, ces méthodes nécessitent la présence de matériel pathogène dans les échantillons, ce qui empêche les cliniciens de faire la distinction entre infection et colonisation.
Dans le but de surmonter les limites associées aux techniques de diagnostic conventionnelles, les chercheurs ont étudié la faisabilité clinique de la mesure des facteurs de réponse de l'hôte. Les protéases, par exemple, sont souvent dérégulées au cours des LRTI et, par conséquent, ont été étudiées pour leur précision diagnostique.
Application clinique de l'échantillonnage d'haleine pour la détection des LRTI
L'échantillonnage d'haleine pour le diagnostic d'IVRI est une approche non invasive qui peut fournir des informations cruciales sur les processus physiopathologiques au sein des voies respiratoires inférieures.
Les composés organiques non volatils (NOC), notamment les peptides, les protéines et l'acide ribonucléique (ARN), par exemple, peuvent être expulsés par l'expiration et mesurés à des fins de diagnostic. Cependant, le manque de technologies de collecte sophistiquées et de tests robustes capables de traiter des échantillons d’haleine a limité son adoption.
Auparavant, les chercheurs de la présente étude ont rapporté le développement de BreathBiomics, un système d'échantillonnage capable de collecter des biomolécules de l'air expiré de patients intubés. Il a été démontré que BreathBiomics capture efficacement les particules submicroniques, y compris les protéases, à partir d'échantillons de patients.
BreathBiomics a facilité avec succès l’identification de riches protéoformes tronquées qui contribuent à la pneumonie associée au ventilateur, une source majeure d’IVRI chez les patients des unités de soins intensifs (USI). Les chercheurs ont également utilisé ce système avancé de collecte d’haleine pour identifier les produits protéolytiques d’infection (IPP), dus à une dérégulation de la protéase, en tant que nouvelle classe de marqueurs de réponse humaine associés aux LRTI.
À propos de l'étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont construit un capteur basé sur un substrat établi présentant une affinité chimique élevée pour l'élastase des neutrophiles humains (HNE), qui a été incorporé dans un système respiratoire. in vitro essai.
Par la suite, des échantillons d’haleine expirée ont été collectés auprès de patients intubés en soins intensifs et de volontaires de santé à l’hôpital Johns Hopkins. Après le prélèvement respiratoire, les protéases présentes dans l'échantillon ont été capturées, incubées avec le capteur de substrat et soumises à une caractérisation spectrométrique du produit et du capteur de clivage HNE à l'aide d'une spectrométrie de masse à temps de vol par désorption/ionisation laser assistée par matrice (MALDI-TOF MS). .
Précision de la détection de l'activité protéase
Une augmentation de dix et neuf fois de l'activité HNE a été observée chez les patients LRTI en raison de la suractivation de la protéase par rapport aux patients sans LRTI et aux témoins sains, respectivement. Aucune différence significative dans les concentrations de HNE n'a été observée entre les patients non-LRTI et les témoins sains.
La précision du diagnostic avec cette plateforme a été évaluée avec une courbe de fonctionnement du récepteur (ROC), avec une valeur d'aire sous la courbe (AUC) de 0,987. Avec le seuil de détection de HNE fixé à 0,2 picomolaire (pM), le in vitro le test était sensible à 100 % et spécifique à 86,7 %.
L'activité HNE mesurée était fortement associée à la concentration en protéines dans les échantillons d'haleine. Cela corrobore des recherches antérieures rapportant qu'une activité élevée de HNE est due à la production exagérée de protéines HNE.
Plusieurs autres protéases ont été identifiées dans des échantillons d'haleine expirée, indiquant ainsi que d'autres tests basés sur les protéases pourraient être développés pour le diagnostic des LRTI.
Avantages de l'approche HNE
Les immunoessais quantifient les protéases totales sans faire de distinction entre celles qui sont actives ou inactives. Comparativement, le in vitro Le test développé dans la présente étude mesure l’état fonctionnel du HNE, soulignant ainsi son importance dans le diagnostic des LRTI. Cette approche peut également permettre aux cliniciens de déterminer le stade et la gravité de l’infection, car l’activité des protéases évolue rapidement avec la progression de l’inflammation.
Par rapport aux tests antérieurs basés sur le NE, le test actuel n’implique pas l’utilisation de molécules rapporteuses volatiles potentiellement toxiques et ne dépend pas de la quantité de substrat administré et absorbé par l’hôte. L'utilisation de MALDI-TOF, un outil de test clinique largement utilisé et connu pour son caractère pratique et sa convivialité, pourrait potentiellement lui permettre de devenir un test de diagnostic au point d'intervention pour l'IVRI.
Conclusions
Nos résultats démontrent que ce test in vitro basé sur la respiration offre des performances diagnostiques élevées pour les LRTI, ce qui suggère que la technologie pourrait être utile à court terme pour le diagnostic précis des LRTI..»
La présente étude a été menée dans un environnement de soins intensifs ; par conséquent, des études plus vastes devraient être menées dans plusieurs contextes et emplacements géographiques pour établir sa validité en tant qu'outil de dépistage et de détection lorsqu'une LRTI est cliniquement suspectée.
Les résultats de l’étude peuvent également aider à créer un profil de protéase sur la base duquel des panels de protéases multiplexés peuvent être développés. Les systèmes multiplexés reposant sur des dizaines de protéases amélioreraient la généralisabilité et la précision du test. Dans l’ensemble, cette technologie pourrait améliorer considérablement la capacité de diagnostic médical des IVRI.
