Исследование летучих органических метаболитов в моче как потенциальных биомаркеров рака методом твердофазной микровытяжки в сочетании с газовой хроматографией–масс-спектрометрией

Актуальность: Невысоконвазивные диагностические стратегии, направленные на выявление биомаркеров рака, представляют большой интерес для раннего обнаружения опухолевых заболеваний. Моча потенциально является богатым источником летучих органических метаболитов (ЛОМ), которые могут служить кандидатами в биомаркеры рака. Целью было разработать в целом надёжный, быстрый, чувствительный и устойчивый аналитический метод для скрининга большого числа образцов мочи с получением широкого спектра нативных ЛОМ в качестве инструмента оценки их потенциала для ранней диагностики рака. Методы: Для исследования мочевых летучих метаболитов как потенциальных биомаркеров рака были качественно и количественно проанализированы образцы мочи от 33 пациентов с онкологическими заболеваниями (онкологическая группа: 14 случаев лейкемии, 12 — колоректального рака и 7 — лимфомы) и 21 здорового (контрольная группа, без рака) человека. Применялись динамическая твердофазная микроэкстракция в режиме надголовного пространства (dHS-SPME) с сорбентом carboxen–polydimethylsiloxane (CAR/PDMS) в сочетании с GC–qMS-метаболомикой для изоляции и идентификации летучих метаболитов. Этот метод представляет потенциальный невысоконвазивный подход для ранней диагностики рака в качестве первого шага. Для достижения цели были оптимизированы три важных экспериментальных параметра dHS-SPME, влияющих на эффективность экстракции (покрытие волокна, время экстракции и температура отбора проб), с использованием унивариантного дизайна оптимизации. Максимальная эффективность экстракции была получена при отборе проб при 50 °C в течение 60 мин с образцами высокой ионной силы (17% хлорида натрия, w v(-1)) и при перемешивании. Результаты: Всего было идентифицировано 82 летучих метаболита, принадлежащих к различным химическим классам, в контрольной и онкологической группах. Производные бензола, терпеноиды и фенолы были наиболее распространёнными классами в онкологической группе, тогда как кетоны и сульфидные соединения преобладали в надголовном пространстве мочи здоровых субъектов. Результаты демонстрируют, что концентрации соединений существенно различались между пациентами с раком и здоровыми добровольцами. Для 16 пациентов из числа 82 идентифицированных метаболитов обнаружены статистически значимые различия (P < 0.05). У пациентов с раком наблюдалось значительное увеличение площадей пиков 2-метил-3-фенил-2-пропеналя, p-цимена, анизола, 4-метилфенола и 1,2-дигидро-1,1,6-триметил-нафталина. В среднем у пациентов с раком наблюдались статистически значимо сниженные уровни диметилдисульфида. Выводы: Площади пиков газовой хроматографии подвергали многомерному анализу (анализ главных компонент и контролируемый линейный дискриминантный анализ) для визуализации кластеров и выявления летучих метаболитов, способных дифференцировать пациентов с раком от здоровых индивидов. Было достигнуто очень хорошее разделение как внутри онкологических подгрупп, так и между онкологической и контрольной группами.