淺談GC-MS在呼吸氣檢測(cè)中的應(yīng)用

近日，一則“新德里空氣污染嚴(yán)重，民眾花30元吸氧15分鐘”的新聞引起公眾關(guān)注。看似略顯荒謬，卻也發(fā)人深省。據(jù)報(bào)道，印度新德里空氣重度污染，多地PM2.5數(shù)值超過(guò)999，“爆表”程度相當(dāng)于當(dāng)?shù)厮那�萬(wàn)人每人每天吸33.2根香煙，對(duì)呼吸道的損傷可見(jiàn)一斑。

近幾年，霧霾話題總能常居“熱搜”，一方面是環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)峻，另一方面，大家開(kāi)始越來(lái)越重視自身健康。談癌色變的今天，人們愈發(fā)意識(shí)到自己的健康與一呼一吸息息相關(guān)，開(kāi)始大量購(gòu)買防霾口罩，空氣凈化器、新風(fēng)系統(tǒng)也成為家裝必備。關(guān)注每口吸入空氣的你又可知道：每一下呼出氣也可以作為疾病初篩和診斷的依據(jù)？

實(shí)施慢性呼吸系統(tǒng)疾病防治行動(dòng)

此前國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)施健康中國(guó)行動(dòng)的意見(jiàn)》明確指出：針對(duì)心腦血管疾病、癌癥、慢性呼吸系統(tǒng)疾病、糖尿病四類慢性病需要加強(qiáng)防控。針對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病提出實(shí)施慢性呼吸系統(tǒng)疾病防治行動(dòng)，引導(dǎo)重點(diǎn)人群早期發(fā)現(xiàn)疾病，控制危險(xiǎn)因素，預(yù)防疾病發(fā)生發(fā)展。對(duì)于呼吸系統(tǒng)的疾病，如何快速發(fā)現(xiàn)、及早治療，也成為了相關(guān)研究需要突破的方向。

- 新型無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法 -

如今科學(xué)家們帶給了我們一種新型的檢測(cè)方法，只需要簡(jiǎn)單的呼吸就能夠進(jìn)行疾病初篩并提供診斷的依據(jù)。這就是今天我們要介紹的呼吸氣檢測(cè)，一種無(wú)創(chuàng)傷的、簡(jiǎn)便快捷的診斷方式，可作為診斷呼吸系統(tǒng)疾病（如：哮喘）的方法。對(duì)人體肺泡氣中痕量的VOCs等小分子代謝物進(jìn)行的代謝組學(xué)研究，目前已在肺癌、胃癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、糖尿病等重大疾病的早期篩查和研究中有所應(yīng)用，國(guó)外也有了相關(guān)應(yīng)用的報(bào)道。

英國(guó)癌癥研究院(Cancer Research UK)和英國(guó)生物技術(shù)公司(Owlstone Medical)就“從癌癥患者的呼吸中尋找潛在的生物標(biāo)記物”開(kāi)始了臨床試驗(yàn)。呼出氣中VOCs極低的濃度，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備（前處理富集和質(zhì)譜分析）的靈敏度提出了極大的考驗(yàn)。

具體方法

首先，Owlstone Medical與呼吸組學(xué)領(lǐng)域?qū)＜液献鏖_(kāi)發(fā)的一種完全非侵入性的呼吸檢測(cè)儀ReCIVA Breath Sampler（下圖），通過(guò)軟件控制采樣泵開(kāi)關(guān)時(shí)間，結(jié)合Breath Biopsy Cartridge（呼吸氣吸附管），從而對(duì)測(cè)試者的呼出氣組分進(jìn)行有效富集。

Owlstone Medical的呼吸氣采樣器

ReCIVA Breath Sampler

收集完成后，研究人員通過(guò)MarkesTD100-xr熱脫附儀對(duì)呼吸氣VOCs解析進(jìn)樣，采用Thermo Scientific™ GC-Orbitrap/MS（高分辨靜電場(chǎng)軌道阱氣質(zhì)聯(lián)用儀）進(jìn)行分析。通過(guò)Thermo Scientific™ TraceFinder4.1對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行解卷積和譜庫(kù)檢索處理，并結(jié)合高分辨過(guò)濾分值（HRF Score）與保留指數(shù)（RI）進(jìn)一步確證質(zhì)譜定性結(jié)果。

賽默飛高分辨靜電場(chǎng)軌道阱氣質(zhì)聯(lián)用儀與熱脫附儀聯(lián)機(jī)圖

TraceFinder4.1的高分辨數(shù)據(jù)解卷積和譜庫(kù)檢索界面

呼吸氣檢測(cè)中，重要的生物標(biāo)記物往往因?yàn)闈舛鹊汀①|(zhì)譜響應(yīng)信號(hào)弱，而被復(fù)雜的呼吸氣基質(zhì)干擾所淹沒(méi)。Orbitrap作為質(zhì)譜檢測(cè)器，以其高分辨率、高靈敏度著稱，同時(shí)寬線性動(dòng)態(tài)范圍使得待測(cè)化合物即使處于極高或極低濃度時(shí)，也不會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量精度和離子比率的改變而導(dǎo)致定性錯(cuò)誤。

有了全流程的分析儀器，該實(shí)驗(yàn)基于吸煙相關(guān)的生物標(biāo)記物數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)不同吸煙狀況人群（非吸煙者、吸煙者、戒煙者）的呼吸氣進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)二甲基呋喃、甲苯、乙苯等化合物在呼吸氣中的含量與吸煙行為有極高的相關(guān)性。

Orbitrap高分辨靜電場(chǎng)軌道阱氣質(zhì)聯(lián)用與呼吸氣采樣器、熱脫附儀聯(lián)用的一整套呼吸氣分析系統(tǒng)，在極低濃度呼吸氣生物標(biāo)記物分析中展示出極大的優(yōu)勢(shì)。雖然呼吸活檢仍處于臨床試驗(yàn)階段，但未來(lái)可期，呼吸癌癥測(cè)試一旦成為現(xiàn)實(shí)，研究將影響數(shù)百萬(wàn)人的生活，通過(guò)早期癌癥篩查，有望拯救數(shù)十萬(wàn)人的生命并節(jié)省超過(guò)15億美元的相關(guān)醫(yī)療費(fèi)用。一呼一吸之間，有我們對(duì)健康生活的追求，也會(huì)有我們對(duì)此的科學(xué)守護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

BREATH BIOPSY: Combining Thermal Desorption-Gas Chromatography with High Resolution Mass Spectrometry for Improved Sensitivity and Selectivity in Untargeted Breath Analysis, Jasper Boschmans, Cristian Cojocariu, Paul Silcock, Billy Boyle, Alexander Makarov, Max Allsworth

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