PLoS ONE: en pilotundersøgelse kombinere en GC-sensor enhed med en statistisk model til identifikation af blærekræft fra Urin Headspace

Abstrakte

Der er behov for at reducere antallet af cystoscopies på patienter med hæmaturi. I øjeblikket er der ingen pålidelige biomarkører til at screene for blærekræft. I dette papir, vi evaluere en ny simpel internt fremstillet, GC-sensorindretning i diagnosen af ​​blærekræft baseret på flygtige stoffer. Sensor output fra 98 urinprøver blev brugt til at bygge og teste diagnostiske modeller. Der blev udtaget prøver fra 24 patienter med overgangsperioden (urotelial) celle carcinom (alder 27-91 år, median 71 år) og 74 kontroller præsenterer med urologiske symptomer, men uden en urologisk malignitet (alder 29-86 år, median 64 år); Resultaterne blev analyseret ved anvendelse af to statistiske metoder til at vurdere robustheden af ​​metoden. En to-gruppe lineær diskriminantanalyse fremgangsmåde under anvendelse af i alt 9 tidspunkter (hvilket svarer til 9 biomarkører) korrekt tildelt 24/24 (100%) af kræfttilfælde og 70/74 (94,6%) kontroller. Under leave-one-out krydsvalidering 23/24 (95,8%) af kræfttilfælde var korrekt forudsagt med 69/74 (93,2%) af kontroller. For delvis mindste kvadraters diskriminant analyse, de korrekte leave-one-out cross-validering forudsigelse værdier var 95,8% (kræfttilfælde) og 94,6% (kontroller). Disse data er en forbedring på dem, rapporteret af andre grupper studerer headspace gasser og også bedre end de nuværende kliniske teknikker. Denne nye enhed viser potentiale til diagnosticering af blærekræft, men data skal gengives i en større undersøgelse

Henvisning:. Khalid T, White P, De Lacy Costello B, Persad R, Ewen R, Johnson E et al. (2013) en pilotundersøgelse kombinere en GC-sensor enhed med en statistisk model til identifikation af blærekræft fra urin Headspace. PLoS ONE 8 (7): e69602. doi: 10,1371 /journal.pone.0069602

Redaktør: Wei-Chun Chin, University of California, Merced, USA

Modtaget: Februar 7, 2013; Accepteret: 10 Juni 2013; Udgivet: 8 juli 2013

Copyright: © 2013 Khalid et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Forfatterne har ingen støtte eller finansiering til at rapportere

Konkurrerende interesser:. jeg har læst tidsskriftets politik og har følgende konflikter: Christopher Probert, Ben de Lacy Costello, Norman Ratcliffe og Richard Ewen har en GB patentansøgning (GB 0.920.315,9 ), som beskytter detektionssystemet design. Vi bekræfter, at forfatterne Christopher Probert, Ben de Lacy Costello, Norman Ratcliffe og Richard Ewen har et patent for materiale relevant for denne artikel. Titlen på patentet er en “enhed og metode til analyse af prøver at diagnosticere sygdom”. De tilknyttede numre er (WO2011061308, EP2010067859, GB0920315.9). Vi bekræfter, at dette ikke ændrer vores tilslutning til alle PLoS ONE politikker om datadeling og materialer, som beskrevet i vejledningen for forfattere.

Introduktion

Over 10.000 patienter er diagnosticeret med blærekræft i UK årligt og halvdelen vil dø af sygdommen [1]. De fleste patienter (80%) til stede med smertefri hæmaturi som skal undersøges [2]. Af dem med synlig hæmaturi 19% vil have blærekræft, mens satsen for ikke-synlige hæmaturi er kun 5% [3]. Hæmaturi, skønt vigtigt, har en lav pre-test sandsynlighed diagnosticere blærekræft, for hvilke der ikke er nogen screeningstest. Derfor cystoskopi fortsat guldstandarden for at opdage sygdommen i patienter med hæmaturi [4]. Cystoskopi er en hyppigt udførte procedure og omkostningerne for NHS, undersøge personer fandt ikke at have blærekræft, er £ 33,5 per år [3], på grundlag af en takst i øjeblikket på omkring £ 400. Cystoskopi er en kostbar, invasiv og uværdige procedure. Der er behov for en billig, mindre invasiv alternativ.

blærekræft sager, som indeholder på et tidligt stadium kan behandles ved transuretral resektion uden behov for større extirpative kirurgi. Desuden dette tidlige stadium sygdom har en fremragende 5-års overlevelse ( 94%) i forhold til 50% 5-års overlevelse for mere avanceret sygdom, så en ikke-invasiv screening test, der identificerer kræft på et tidligt tidspunkt fra urin headspace har potentialet til at revolutionere patientpleje. Trods resektion, vil de fleste (50-70%) gentage sig og 10-30% fremskridt fremskreden sygdom [5], er det nødvendigt som tegner sig for 71% af omkostningerne til behandling af blærekræft dermed hyppige cystoskopi kontrol [6]. Disse faktorer betyder, at blærekræft er den dyreste cancer per patient at administrere [7]. Forskellige masse screening muligheder er blevet overvejet, herunder hæmaturi oliepinden, NMP22 eller UroVysion [8]. Disse biomarkører samt urin cytologi, mangler følsomhed, [9]. I øjeblikket kan ingen biomarkører anbefales til klinisk praksis på grund af deres ringe følsomhed og specificitet, selv om der er visse tegn på, at biomarkører kan være til nytte i overvågning tilbagefald eller screening højrisiko individer [10]. Ny selektiv biomarkør (er) for blærekræft ville reducere diagnostiske usikkerhed og overvågning sygelighed. Det kunne reducere omkostningerne og forbedre patienternes livskvalitet ved at undgå unødige invasive diagnostiske tests. Det kunne også forbedre prognosen for patienter gennem tidligere påvisning af potentielt dødelige sygdom og samtidig mindske den økonomiske byrde af hæmaturi klinikker [11]. Der er nogle beviser for den hypotese, at blærekræft er associeret med tilstedeværelsen af ​​specifikke flygtige organiske forbindelser (VOC) i gassen afgivet fra urinprøver. I 1999 Spanel et al. rapporterede, at formaldehyd var mere hyppigt forekommende i urinen hos mænd med blærekræft end fra dem med prostatakræft og raske kontroller [12]. En undersøgelse, hvor hunde blev trænet til at reagere på urinprøver fra patienter med blærecancer gav en gennemsnitlig succesrate på 41% sammenlignet med 14% forventes tilfældigt [13]. For nylig den samme gruppe rapporterede, at de bedste resultater hund kunne identificere 73% af kræft [14]. I mellemtiden blev fundet VOC-analyse under anvendelse af e-næse teknologi til at have 70% følsomhed og specificitet til diagnosticering af blærekræft fra raske kontrolpersoner, faldt til 60% og 67%, når der testes med urinkontroller fra patienter med ikke-maligne urologiske sygdomme [ ,,,0],15]. I denne rapport, beskriver vi data fra en pilotundersøgelse, der viser potentialet for en roman, in-house fabrikeret VOC sensor enhed til nøjagtigt at diagnosticere blærekræft.

Metoder

Patient Rekruttering

i alt 98 mandlige patienter i alderen 27-91 år, der præsenterer til urologi klinikker i Bristol blev rekrutteret efter at have indhentet informeret samtykke. Alle havde undergået en klinisk vurdering af deres symptomer. Demografiske for patientgrupperne undersøgte er givet i tabel 1; der var 3 kontroller pr kræftpatient. Hver patient forudsat en urinprøve om morgenen forud for deres undersøgelse eller cystoskopi. Prøver blev klassificeret når den kliniske bedømmelse er gennemført. Når blærekræft (n = 24) blev fundet, kvalitet og fase af kræft blev registreret (tabel 2); flertallet var veldifferentieret eller mellemliggende klasse (G

1, G

2) og på et tidligt tidspunkt (T

a) begrænset til blæren foring. Der var 74 kontroller, patienter, der gennemgår undersøgelser for symptomer på blæreobstruktion og eller hæmaturi; deres symptomer og relevante co-morbiditet inkluderet: 31 havde rejst PSA uden malignitet, 24 havde hypertension, 19 havde synlige hæmaturi, 15 havde blæretømning symptomer, 7 diabetes, 4 ikke-synlige hæmaturi, 2 havde nyre tarmkanalen sten og en havde gennemgået renal transplantation kirurgi.

Diagnose

No. af patienterne

Aldersinterval i år (median)

Rygestatus

Blære cancer2427 – 91 (gennemsnit 71) 7 rygere; 17 ikke-rygere (9 eksrygere) Kontrol (ikke-kræft) 7429-86 (gennemsnit 64) 15 rygere; 59 ikke-rygere (17 ex-rygere) Tabel 1.

CSV Hent CSV Tumor

Tumor etape (TNM)

Grade

T

aN

0M

x

T

1N

0M

x

T

2N

0M

x

G

16NilNilG

2101NilG

3151Table 2. Salg The tumorer blev gradueret efter retningslinjerne for WHO 1973. G

1: godt differentieret (ligner de normale celler, der findes i blæren – langsomt voksende kræft) G

2: mellemliggende niveau af differentiering (blanding af G

1 hver deltager revideret et informationsark og gav skriftligt samtykke.

Sample opbevaring

Prøver af frisk

urin (0,75 ml) blev overført til septum-topped, glas headspace hætteglas ( Sigma Aldrich, Dorset, UK) og blev frosset ved -20

oC indtil analyse. I en tidligere undersøgelse fandt vi, at frysning ikke havde nogen påviselig virkning på den flygtige sammensætning af prøverne [16].

headspace analyse

Hver urinprøve blev optøet ved at nedsænke hætteglasset i et vandbad ved 60

oC i 30 sekunder. Derefter blev hver prøve behandlet med en tilsvarende mængde (0,75 ml) natriumhydroxid (1 M; Fisher Scientific, Leicestershire, UK) og ækvilibreret ved 60

oC i et vandbad i 50 minutter før ekstraktion af 2cm

3 i headspace luft. Headspace luft blev ekstraheret ved anvendelse af en lufttæt Hamilton gas sprøjte (10 ml, Fisher Scientific, Leicestershire, UK) og blev derefter straks injiceret ind i indløbet af en gaskromatograf koblet til en sensor påvisningssystem.

VOC’er fra urinprøver blev analyseret ved anvendelse af en in-house fabrikeret sensor system. Anordningen består af en konventionel gaskromatografi ovn (Clarus 500, PerkinElmer) monteret med en kommercielt tilgængelig kapillarkolonne (30 m lange SPB

TM-1 svovl kapillær søjle med en indre diameter på 0,32 mm og en filmtykkelse på 4 um (Sigma Aldrich, Dorset, UK)), som blev forbundet med en opvarmet (450

oC) metaloxid-sensor anvendes som detektor. Metaloxid sensoren bestod af en tin, zinkoxid mix (50: 50 vægt%). Fremstillingen og karakteriseringen sensoren er blevet rapporteret andetsteds [17]. GC injektor blev opvarmet til en forudindstillet temperatur på 150

oC og blev udstyret med en 1 mm kvarts liner. Trykluft (BOC, Guilford, UK) blev anvendt som bæregas ved et tryk på 35 psi og blev passeret gennem en luftrenser (300 ml Supelcarb

TM Hydrocarbon fælde, Sigma-Aldrich, Dorset, UK). GC temperatur program var følgende: indledende temperatur GC ovn holdt på 30

oC i 6 minutter, derefter ramped med en hastighed på 5

oC /min til 100

oC med en 22 minutter hold, hvilket giver en total kørselstid på 42 minutter.

GC sensor system blev kalibreret daglig brug af en certificeret gas standard (1% tolerance) på 50 ppm ethanol i blandet luft (air Products Plc, Speciality gasser, Crewe CW1 6AP) .

Efter headspace gas (2cm

3) blev injiceret i enheden de flygtige forbindelser blev separeret efter deres kemiske egenskaber og elueres fra kolonnen på bestemte tidspunkter. Flygtige stoffer elueres fra søjlen og berørt på sensoren. De flygtige forbindelser adsorberes og omsat på den opvarmede metaloxid sensorens overflade samtidigt producere en reversibel ændring i den elektriske modstand. Ændringen i elektrisk modstand-tid-profil for sensoren frembragte en prøve specifik kromatogram. Disse modstand tid kromatogrammer blev derefter fortolket statistisk baseret på deres gruppe medlemskab.

Statistisk analyse

Modstand blev udtaget med intervaller på 0,5 sekunder i 42 minutter (t = 1, 2, …., 5040 ). Nytten af ​​meget specifikke træk ved de profiler, lave orden frekvenser i profilerne, og bredere profil træk af data i at udvikle en god klassifikatør blev undersøgt. Da der ikke er guld standard tilgang til data af denne art, undersøgte vi to uafhængige metoder til statistisk analyse.

Metoder 1 og 2 var baseret på at standardisere hver modstand profil, så at hver havde en middelværdi på 0 og en standardafvigelse på 1 [15]. Denne transformation sikrer hver donor profil er i samme omfang tillader en rimelig sammenligning mellem sygdomsgrupper, invariante af skala og placering effekter, og samtidig bevare den relative minima og maksima inden for hver profil. Statistisk validering af modeller blev foretaget ved hjælp af leave-one-out cross-validering, som giver en indikation af model robusthed og intelligent præstation på friske usete prøver.

Metode 1.

Dette var baseret på en mellem-grupper sammenligning af de standardiserede modstand profiler ved hjælp af to-gruppe lineær diskriminant analyse gennemføre den forreste trinvis udvælgelse algoritme til at sikre a) antallet af prædiktorer i modellen ikke overstiger den mindste gruppe størrelse og b) inddragelse af en prædiktor variabel gør ikke resultere i multi-kollinearitet problemer. Indenfor-prøve robusthed prædiktive egenskaber af den afledte model blev vurderet ved anvendelse leave-one-out krydsvalidering. Denne modellering strategi er designet til at undersøge, om en simpel påholdende beskrivelse af mellem-grupper adskillelse eksisterede baseret på meget specifikke forskelle i profilerne mellem grupper.

Metode 2.

Delvis mindste kvadraters diskriminant analyse (PLS -DA) blev brugt til at bygge en to gruppe sorterer for diskrimination af blærekræft sager fra kontroller. PLS-DA er en etableret overvåget klassifikation teknik, der anvendes i sensormetric analyser og er en information udtræk og datareduktion teknik udviklet til maksimalt adskilte to eller flere grupper og er særligt velegnet til høje dimensionelle og multi-collinear data. Denne fremgangsmåde anses for at være bedre end alternative metoder, der anvender hovedkomponentanalyse over et bredt område af klassifikationsproblemer [18]. I denne sammenhæng, PLS-DA blev betragtet fra et aspekt proof-of-concept, dvs. kan et lille antal latente faktorer udvundet hele datasæt skelne mellem cases og kontroller. Vi vedtog en ekstraktionsprocedure med op til ti latente faktorer og brugte en leave-one-out klassificering at vurdere inden nøjagtighed klassifikation prøve

Resultater

Sensor udgange blev sammenlignet i de to grupper.; patienter med blærecancer (24) og patienter uden cancer (74). blev taget To uafhængige statistiske metoder til at afgøre, om der var forskelle i sensorens output. For hver metode blev patienter med kræft sammenlignet med dem uden; prøvestørrelsen var for lille til at kunne sammenligne mønstre med grad eller stadiet (tabel 1).

Figur 1 viser typiske kromatogrammer af standardiserede modstand versus tid for to knapper og to blærecancerpatienter. De kromatogrammer af de to blærekræft patientprøver er stort set de samme som er dem af de to kontrolprøver. Det er imidlertid klart, at kontrolprøverne afviger fra blærekræft prøver. Den mest åbenlyse forskel er en top ved circa 3200 (halvt sekund), som er til stede i begge blærekræft prøver, men fraværende i begge kontroller. Analyse af kromatogrammerne viste, at 20/24 blærekræft prøver havde en målelig top i denne region. I kontrolprøverne, er højest i denne region af spektre var overvejende fraværende. For at fremhæve dette punkt, figur 2 viser overlejret gennemsnit kromatogrammer for hver gruppe, der tydeligt viser funktion på 3200 halv sekund i blærekræft koncernen, som er fraværende fra kontrolgruppen.

Figur 3 viser retentionstiden systemets stabilitet for tre almindelige toppe som spænder retentionstiden interval, hvor størstedelen af ​​de detekterede toppe eluerer. De viste data er for 24 udvalgte kontrolprøver (som spænder over fuld 7 måneders varighed af undersøgelsen) og 24 blærekræft prøver. Der er ingen mærkbar tendens i form af drift over tid (prøver 1-24 kontroller og 25-48 blærekræft vises i køre dato rækkefølge). Der er en dag til dag udsving i de målte opholdstider på

circa

± 1%. Derudover en ethanol standard blev kørt dagligt for at vurdere retentionstiden og systemets følsomhed. Retentionstiden for ethanol i løbet af undersøgelsen havde et gennemsnit på 329,2 halve sekunder (S.D. 3,97), i overensstemmelse med resultaterne fra den i prøveceller toppe. Den gennemsnitlige bredde af toppene er circa 100 halvt sekund og kan være op til 200 halvt sekund ved højere retentionstider. Derfor variation på ca. ± 1% viste sig at have en ubetydelig indvirkning på den prædiktive nøjagtigheden af ​​de statistiske modeller (se afsnittet Statistisk analyse metode 1 nedenfor).

Der er en minimal dag til dag udsving

circa

± 1%.

Den gennemsnitlige følsomhed over for ethanol over en to måneders periode var 98,5% (SD 10,6) (R

0-R

g /R

0 × 100, hvor R

0 er baseline modstand og R

g er modstand, når de udsættes for ethanol). Selv om sensorens følsomhed blev holdt på et rimeligt konstant niveau baseline modstand var genstand for afdrift. For at modvirke denne effekt og hjælpe visuel og statistisk sammenligning af resultaterne modstanden skalaen blev standardiseret ved hjælp af den ovenfor beskrevne metode.

Statistisk Analyse Metode 1

I alt 9 tidspunkter blev udvalgt ( t (sampling tidspunkter) = 117, 153, 174, 201, 359, 1073, 1162, 1362, 3204). Inden prøverne 24/24 (100%) af blære kræfttilfælde og 70/74 (94,6%) kontroller var korrekt tildelt. Dette betyder modellen detekterede canceren hos alle patienter, uanset karakteren eller stadiet. Under leave-one-out krydsvalidering disse værdier faldt til 23/24 (95,8%) og 69/74 (93,2%) korrekt klassificering, henholdsvis (tabel 3). Andre diskriminant modeller giver tilsvarende prædiktiv nøjagtighed (f.eks prøveudtagning tidspunkter t = 117, 201, 231, 362, 1090, 1360, 3297, 3334, 3417 giver cross-valideret nøjagtighed på 95,8% for blære kræfttilfælde, og 94,6% for kontrol ). Dette viser, at modellen ikke er følsomme over for specifikke “retentionstider”. Den viser også, at tidspunkterne udvalgte ikke nødvendigvis repræsenterer separate toppe, men er simpelthen tidspunkter, hvor de to grupper af spektre afviger maksimalt. I denne anden model er valgt 3 tidspunkter, der spænder over bred top til stede i blærekræft gruppen.

Predicted gruppemedlemskab

Blærekræft (%)

Kontrol (%)

Total

Original modelBladder cancer24 (100) 0 (0) 24Control4 (5.4) 70 (94,6) 74Cross-validering (leave-one-out) Blære cancer23 (95,8) 1 (4.2) 24Control5 ( 6.8) 69 (93,2) 74Table 3. klassifikation resultater ved hjælp to-gruppe lineær diskriminant analyse.

CSV Hent CSV

Statistisk analyse Metode 2

resultaterne af PLS-DA i form af procent korrekt klassificeret inden prøven og i at bruge leave-one-out klassifikation er anført i tabel 4 i henhold til antallet af latente faktorer ekstraheret i modelleringsprocessen. Brugen af ​​7 eller flere faktorer identificeret 23/24 af patienterne med kræft:. Igen antyder diagnosen kan foretages i langt de fleste patienter, uanset kvalitet eller stadium af kræft

Antal latente faktorer

Forventet korrekt

Forudsagt korrekt

Inden prøve

Leave-one-out

Blære (%)

Kontrol (%)

Blære (%)

Kontrol (%)

119 (79,2) 46 (62,2) 19 (79,2) 46 (62,2) 218 ​​(75) 60 (81,1) 18 (75) 59 (79,7) 321 (87,5) 63 (85,5) 20 ( 83.3) 64 (86,5) 421 (87,5) 64 (86,5) 21 (87,5) 64 (86,5) 523 (95,8) 62 (83,8) 23 (95,8) 61 (82,4) 622 (91,7) 68 (91,9) 21 (87,5) 67 (90,5) 723 (95,8) 70 (94,6) 23 (95,8) 67 (90,5) 823 (95,8) 70 (94,6) 23 (95,8) 69 (93,2) 923 (95,8) 71 (95,9) 23 (95,8) 71 ( 95,9) 1023 (95,8) 71 (95,9) 23 (95,8) 70 (94,6) tabel 4. diskrimination af blærekræft sager fra kontrol ved hjælp af PLS-DA

Forkortelse:. PLS-DA, partielle mindste kvadrater diskriminant analyse CSV Hent CSV

diskussion

en ny teknik er beskrevet til identifikation af patienter med blærecancer baseret på profilen af ​​flygtige organiske forbindelser, der udsendes fra deres urin, ved anvendelse af en GC kombineret med et sensorsystem. Resultaterne bygger på tidligere arbejde ved hjælp af hunde [14] og en elektronisk næse [15], som giver bevis for concept data for vores resultater.

Vores resultater er væsentligt bedre end dem beskrevet tidligere ved hjælp af den flygtige analyse tilgang. Forbedringen er formentlig resultatet af to faktorer: 1) brug af kromatografi adskillelse skridt, og 2) justering af pH med base. Base ville have haft flere effekter, vil den høje ionstyrke har drevet VOC’er i frirummet, og det ville også have undertrykt syrer, forøgelse af koncentrationen af ​​basiske forbindelser i frirummet. Tidligere arbejde fra vores gruppe har vist sig, at basebehandling af urinprøver (sammenlignet med syrebehandling eller ubehandlede prøver), muliggjorde identifikationen af ​​biomarkører, der tillod differentiering mellem prostatakræft og kontroller [19].

sensorudgange blev analyseret anvendelse af to forskellige, uafhængige dataanalyseteknikker hver især udtrykte betydelig diskriminering af prøver fra patienter med og uden blærekræft. Kontrol prøver blev indsamlet fra patienter, der havde deltaget klinik med urologiske problemer, der blev senere fundet at være ikke-maligne. Valget af kontroller er vigtigt at vurdere den kliniske anvendelighed af en sådan test. Patienter uden kræft kan præsentere lignende symptomer til dem med kræft, og det er at differentiere disse, der er den kliniske udfordring. Andre [15] har rapporteret, at patienter med blærekræft kunne skelnes fra raske kontrolpersoner med større sikkerhed end kontrol fra urologi klinikker. Imidlertid har vi specifikt valgt kontroller rekrutteret fra samme urologi klinik:. Mange af dem havde hæmaturi gør dem ideelle kontrol for denne undersøgelse

To forskellige statistiske metoder blev anvendt, lineær diskriminant analyse og delvis mindste kvadraters diskriminant analyse, men begge teknikker brugte skiver af tiden profil (bins). Resultaterne var ens; hjælp 6 eller flere komponenter i PLS-DA korrekt identificeret over 90% af tilfældene og kontroller, mens simpel lineær DA korrekt klassificeret over 93% af tilfældene og kontroller.

En gennemgang af biomarkører til påvisning og overvågning af blære kræft [20] gav sensitivitet og specificitet spænder henholdsvis for hver markør som følger: blære tumor antigen (BTA), BTA Stat (Polymedco), 52,5% -78,0% og 69,0% -87,1%; BTA Trak (Polymedco), 51% -100% og 73% -92,5%; cytologi, 12,1% -84,6% og 78,0% -100%; hæmaturi oliepinden, 47,0% -92,6% og 51,0% -84,0%; nukleare matrix protein (NMP), NMP22 blærekræft Test (Matritech), 34,6% -100% og 60,0% -95,0%; NMP22 BladderChek (Matritech), 49,5% -65,0% og 40,0% -89,8%; ImmunoCyt /uCyt + (DiagnoCure), 63,3% -84,9% og 62,0% -78,1%; ImmunoCyt /uCyt + og cytologi, 81,0% -89,3% og 61,0% -77,7%; og UroVysion (Abbott Molecular) /fluorescens in situ hybridisering, 68,6% -100% og 65,0% -96,0%. Som det kan ses er der en bred vifte af resultater. Gennemgangen konkluderede, at ingen for tiden tilgængelige blærekræft urin markør er følsom nok til at fjerne behovet for cystoskopi. En nyligt publiceret algoritme, der kombinerer tests, foreslog dette kan øge følsomheden og specificiteten til 91% og 80%, men papiret konkluderede, at den forblev en udfordring at nøjagtigt at detektere alle blære kræft [9]. Vores teknik til blæren tumordiagnose giver resultater, som er sammenlignelige og i nogle tilfælde, bedre end for tiden tilgængelige urin biomarkører for blærecancer. GC-sensor tilgang er billigt og kan anvendes ved semi-uddannet personale. Sensoren er relativt billig at fremstille og dens levetid vil sandsynligvis være langt over 100 analyser. Endvidere komponenterne er i stand til yderligere miniaturisering at frembringe en point of care-enhed. For eksempel miniature GC-systemer allerede findes, der gør brug af MEMS (MEMS) komponenter [21]. Kombinationen af ​​GC adskillelseselement og sensorelement på en MEMS platform er også et aktivt område for forskning [22,23]. Den aktuelle enhed anvender en minimal temperatur rampe, men det kan være muligt at udføre adskillelsen isotermisk ved omgivelsestemperaturer. Den bruger også luft som bæregas indføre muligheden for at anvende en kompressor med passende filtre i stedet for gasflasker.

Årsagen til tilstedeværelsen af ​​flygtige biomarkører er sandsynligvis en ændring i stofskiftet af maligne celler. Der er beviser for oxidativ stress og induktion af cytochrom P450 ved lunge-, bryst- og prostatakræft [24-27]; dette er forbundet med en ændring i den udåndede VOC’er fra patienter med lunge- og brystcancer [24,25]. Studier af blærecancer har også fundet ændret enzymatisk aktivitet [28] samt abnormiteter i citronsyre cyklus [29], hvilket resulterer i øget omdannelse af pyrodruesyre til mælkesyre. Hvordan disse to eksempler resulterer i produktionen af ​​VOC er ikke klart, men de tjener til at illustrere, at der er abnormiteter i bestemte metaboliske veje med specifikke ændringer i metabolitter som resultat. I tilfælde af blæren, nærhed af maligne celler til urin vil sandsynligvis resultere i abnorme VOC mønstre i urin fra patienter med blærecancer. Sammenfattende anvendelsen af ​​GC-sensorsystem til detektion af VOC profiler fremskynder processen med dataanalyse sammenlignet med de langt mere arbejdskrævende og dyre systemer såsom GCMS som også kræver meget erfarne forskere.

Identiteten af de VOC, der bidrager til biomarkør profil er endnu ikke fastlagt. Deres karakterisering kan defineres i det fremtidige arbejde ved hjælp af gaskromatografi massespektrometri teknikker, og dette vil give yderligere indsigt i blærekræft inducerede biokemiske forandringer.

Undersøgelsen er en lille skala prospektiv undersøgelse baseret omkring intuitivt tiltalende proposition af eksistensen af nogle systematiske kompositionelle forskelle i urinprøver mellem disse patienter med og disse patienter uden, blærecancer. I denne forskning de behandlede urinprøver er kvantitativt ved hjælp af en pålidelig in-house fabrikeret sensor kombineret med gaskromatografisk separation.

Forskningen er særligt udfordrende og bevarer en god økologisk gyldighed ved ikke at bruge raske kontrolpersoner. Resultaterne er yderst opmuntrende. Men den relativt lille stikprøve baseret på patienter fra et enkelt center og befolkningsmæssig dækning og ekstern validitet kan ikke være sikker på; derfor en vis forsigtighed bør udvises med hensyn til at generalisere ud over prøven. Det er også anerkendt, at robustheden af ​​statistiske modeller baseret på små stikprøvestørrelser kunne være tilbøjelige til tilstedeværelsen af ​​eventuelle chance idiosynkratiske prøve funktioner, og de relativt små stikprøvestørrelser ikke let tillade lagdeling på potentielt vigtige patient funktioner (fx tumor størrelse). Lige så den lille stikprøve ikke tillader en ordentlig statistisk vurdering af virkningerne af andre forstyrrende faktorer såsom rygning status, medicinsk behandling, etnicitet etc. Desuden en alle mandlige kohorte blev valgt som grundlag for undersøgelsen, det fjerner forstyrrende element men er en begrænsning af den foreliggende undersøgelse på trods af en meget højere forekomst af denne kræft i den mandlige vs. kvindelige befolkning (ca. 2,5: 1). En anden begrænsning af den aktuelle undersøgelse vedrører anvendelsen af ​​frosne prøver, selv om vi har samlet solide data fra GC-MS undersøgelser, frysning ikke har en markant effekt på den flygtige profil [16]. Med hensyn til enheden, den langsigtede stabilitet af sensoren og retentionstiden afdrift er potentielle begrænsninger. Anvendelsen af ​​certificerede gas standarder i denne undersøgelse sikres, at sensorens følsomhed regelmæssigt blev overvåget og holdt ved et sammenligneligt niveau. Retention tid var genstand for udsving på ± 1%, dette blev vurderet ved at måle fælles toppe i prøven og retentionstiden for ethanol standarden over tid. Da toppene i kromatogrammet er relativt bredt (i forhold til mulige fejl) og den statistiske model er ikke afhængig af at identificere enkelte toppe med specifikke opholdstider, er vi overbeviste om, at denne fejl ikke unødigt påvirker den aktuelle analyse. I længere sigt undersøgelser en standard blanding af forbindelser, der spænder over retentionstiden interval kan erstatte ethanol, hvilket muliggør korrektion af enhver tendens.

Leave-one-out krydsvalidering kombineret med triangulering af resultater fra markant forskellige statistiske analyseteknikker giver god

umiddelbart

støtte til den brede påstand om forskelle mellem grupper inden for de indsamlede prøver.

Konklusion

den nye kombination af en GC og en unik metaloxid sensor baseret enhed har leveret data til at understøtte et nyt instrument til diagnosticering af blærekræft. Den statistiske model kunne nemt bruges til at skrive en algoritme, der vil vise diagnosen. Begge de testede modeller var 96% korrekte i at diagnosticere blærekræft. Disse data skal nu gengives i større studier.