VTT:ltä kivuton, nopea, varma tapa diagnosoida helikobakteeri hengitysilmasta
Uloshengitysilman sisältämien isotooppien optisella analysoinnilla voidaan tulevaisuudessa diagnosoida nopeasti ja kivuttomasti useita sairauksia. VTT kehitti tähän tarkoitukseen ensimmäisen prototyyppinsä. Laitteen avulla on mahdollista saada selville lääkärinvastaanoton aikana kivuttomasti ja täysin varmasti, onko vatsavaivojen aiheuttajana helikobakteeri. Laitteen varmuus perustuu siihen, että se pystyy mittaamaan hengitysilmasta hiili13(13C):n lisäksi happi18(18O):n.
Keksintö perustuu VTT:n MIKES Metrologian kehittämään optiseen, moniläpäisykammiossa tehtävään absorptiospektroskopiaan, jossa näytetilavuus on onnistuttu pienentämään 40:een mikrolitraan, mikä on alle kymmenen miljoonasosaa aikuisen keuhkotilavuudesta. Erittäin pienen näytetilavuuden ansiosta kaasu voidaan vaihtaa nopeasti kammion sisällä. Tämä puolestaan tekee mahdolliseksi sen, että potilaan koko hengityssykli voidaan analysoida nopeasti samassa laitteessa.
Hengitysilmaan perustuvat diagnoosimenetelmät ovat kasvava trendi. Hengitysilmasta voidaan helikobakteerin lisäksi analysoida henkilön energiankäyttöä ja painonpudotusta, varhaisessa vaiheessa oleva tyypin 2 diabetes sekä verenmyrkytys eli sepsis, joka on suurimpia kuoleman aiheuttajia ja aiheuttaa sairaaloille merkittäviä kustannuksia leikkaustoimenpiteiden jälkeen.
VTT suunnittelee jatkohankkeita, joissa kehitettäisiin laitetta myös muiden sairauksien diagnosointiin. Laitteella on mahdollista analysoida proteiineja ja erilaisia kemikaaleja. Myös happi17 on mitattavissa. Koska laite mittaa täysin turvallisia, stabiileja isotooppeja, voidaan laitetta hyödyntää myös elintarviketeollisuudessa.
Analysaattorilla on käyttömahdollisuuksia myös leikkauspotilaiden ja tajuttomien potilaiden seurannassa, koska se voi toimia potilaan vierellä vuorokauden ympäri. Jokaisesta hengityssyklistä voidaan saada tarkat, halutut tiedot.
”Tutkimuksen kannalta on huomattava parannus, että nyt voidaan reaaliaikaisesti mitata molempien isotooppien suhteita”, toteaa Albert Manninen VTT:ltä.
VTT:n prototyyppi sisältää tietokoneen, pumpun ja optiikan ja sitä käytetään yhden nappulan avulla. Se kommunikoi langattomasti tabletin ja puhelimen kanssa. Mittaustulos tulee näkyviin välittömästi.
Tällä hetkellä kaupalliset hengitystestidiagnostiikkaan perustuvat laitteet antavat 95−98-prosenttisesti varman tuloksen, joten analyysitulos joudutaan varmistamaan potilaalle varsin ikävän gastroskopisen menetelmän avulla. VTT:n kehittämän laitteen etuna on, että se poistaa analyyseistä virhe-epäilyt. Vuonna 2014 julkaistun tutkimuksen mukaan (Abhijit Maity et al. J. Anal. At. Spectom. 29, 2014) päästään 100-prosenttiseen analyysitarkkuuteen, kun hiili13:n lisäksi hengitysilmasta analysoidaan myös happi18. Tällä hetkellä kaupalliset hengitysilma-analysaattorit analysoivat vain hiili13:n suhteen.
Potilaalle ja hoitohenkilökunnalle vaivaton menetelmä
Hiilidioksidi muodostuu massaltaan erisuuruisista hiiliatomeista. Mittaamalla näitä hiili-isotooppeja, voidaan selvittää, mistä kaasu on peräisin. Helikobakteeri voidaan havaita hengitysilmasta, kun ureamolekyylin hiili12 vaihdetaan keinotekoisesti hiili13:ksi. Muutos tehdään potilaan nielemän vaarattoman, urea-kemikaalia sisältävän pillerin avulla. Jos vatsalaukussa on helikobakteereja, ne pilkkovat ureamolekyylit hiilidioksidimolekyyleiksi, josta ne siirtyvät elimistöön ja keuhkojen kautta hengitysilmaan.
VTT:n kehittämä laite analysoi hengitysilman hiili13:n ja hiili12:n välistä suhdetta. Kun hiili13-suhde uloshengitysilmassa kohoaa pillerin nauttimisen jälkeen, on 97 prosentin varmuudella osoitettu, että potilasta vaivaa lääkekuurilla hoidettavissa oleva helikobakteeri. Tähän erona VTT:n laite analysoi myös happi18-suhteen hengitysilmasta, mikä takaa 100-prosenttisen diagnoosivarmuuden.
Isotooppien analysointiin perustuvaa spektrometriaa on tähän mennessä laajasti sovellettu lääketieteellisissä analyysisovelluksissa, koska hiili13 on suhteellisen helppo mitata ei-sidpersoivalla optisella laitteella. Happi18:n havaitseminen on vaikeampaa, koska sen absorptio on huomattavasti heikompaa ja spektrisesti se sijoittuu pääisotoopin ja hiili13:n väliin, ja sen havaitsemiseen vaaditaan vasta viime vuosina markkinoille tulleita keski-infrapuna-alueen lasereita.
Helikobakteeri on yksi yleisimmistä infektioista
Vatsalaukussa elävä Helicobacter pylori eli helikobakteeri liittyy useisiin ylävatsan ongelmiin, kuten mahahaavaan ja mahatulehdukseen eli gastriittiin. Arvioiden mukaan 30–40 % kehittyneiden maiden väestöstä kantaa tartuntaa.
Bakteerin diagnosointi on potilaalle epämiellyttävää, koska se edellyttää gastroskopista näytteenottoa, eli tällä hetkellä nieltävän putken avulla tehtävää näytteenottoa vatsalaukusta. Menetelmän tarkkuus riippuu tekijänsä taidosta, ja diagnoosin saaminen saattaa kestää useita päiviä.
Katso video: https://youtu.be/IgedkcY4i3U
Mediamateriaali verkossa: http://www.vtt.fi/medialle/uutiset/vtt-ltä-varma-tapa-diagnosoida-helikobakteeri-hengitysilmasta
Lisätietoja:
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
Erikoistutkija Albert Manninen
puh. 050 5110074, albert.manninen@vtt.fi
Lisätietoja VTT:stä:
Olli Ernvall
Viestintäjohtaja
puh. 040 840 0288
olli.ernvall@vtt.fi
www.vtt.fi
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy on Pohjoismaiden johtava tutkimus- ja teknologiayhtiö. Tuotamme tutkimuksen ja tiedon kautta asiantuntijapalveluja kotimaisille ja kansainvälisille asiakkaillemme ja kumppaneillemme, liike-elämälle ja julkiselle sektorille. Käytämme 4 miljoonaa tuntia vuodessa aivovoimaa teknologisten edistysaskelien kehittämiseen. VTT:n löydät sosiaalisen median kanavilta: Facebook, LinkedIn, YouTube ja Twitter @VTTFinland.
Avainsanat: