"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9043
ETF9043 "Kroonilise obstruktiivse kopsuhaiguse fenotüpiseerimine metaboloomi profiili alusel (1.01.2012−31.12.2015)", Alan Altraja, Tartu Ülikool, Arstiteaduskond.
ETF9043
Kroonilise obstruktiivse kopsuhaiguse fenotüpiseerimine metaboloomi profiili alusel
Phenotyping of chronic obstructive pulmonary disease based on metabolomic profiles
1.01.2012
31.12.2015
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
3. Terviseuuringud3.1. BiomeditsiinB100 Biomeditsiini ajalugu ja filosoofia, teoreetiline bioloogia, evolutsiooni üldised küsimused 3.1. Biomeditsiin (anatoomia, tsütoloogia, füsioloogia, geneetika, farmaatsia, farmakoloogia, kliiniline keemia, kliiniline mikrobioloogia, patoloogia)50,0
3. Terviseuuringud3.7. Kliiniline meditsiinB540 Hingamissüsteemi haigused 3.2. Kliiniline meditsiin (anestesioloogia, pediaatria, sünnitusabi ja günekoloogia, sisehaigused, kirurgia, stomatoloogia, neuroloogia, psühhiaatria, radioloogia, terapeutika, otorinolarüngoloogia, oftalmoloogia)50,0
AsutusRollPeriood
Tartu Ülikool, Arstiteaduskondkoordinaator01.01.2012−31.12.2015
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201218 240,00 EUR
01.01.2013−31.12.201318 240,00 EUR
01.01.2014−31.12.201418 240,00 EUR
01.01.2015−31.12.201518 240,00 EUR
72 960,00 EUR

Kujunenud ühtsete arusaamade kohaselt ei võimalda FEV1 järgi hinnatav hingamisteede obstruktsioon kirjeldada kroonilise obstruktiivse kopsuhaiguse (KOK) kui ülemaailmselt suureneva tervishoiuprobleemi kogu komplekssust, eriti aga ei peegelda kopsufunktsioon haiguse prognoosi ja reageerimist ravile. Seepärast luuakse kaasaegsete statistiliste meetoditega kliiniliste, kliinilis-füsioloogiliste, radioloogiliste, bioloogiliste ja geneetiliste markerite alusel nn. KOK fenotüübid, mis kliinilisi vajadusi tunduvalt paremini teenivad. Senini ei ole KOK prospektiivseks fenotopiseerimiseks kasutatud metaboloomikat - lähenemist, mis kõige vahetumalt kirjeldab elusrakus toimuvat. Seetõttu on projekti eesmärkideks: 1) kasutades vedelikkromatograafiat ja mass-spektromeetriat võrrelda stabiilse KOK’ga patsientide metaboloomilisi profiile tervete mittesuitsetajate, mitteobstruktiivsete suitsetajate ja KOK ägenemisega patsientide omadega leidmaks metaboolseid biomarkereid või nende mustreid, mis on seotud suitsetamise, KOK tekke riskiga suitsetajatel ja KOK ägenemisega; 2) kuna mitteinvasiivsed uurimismeetodid on olulised, eriti KOK-haigetel, võrrelda metaboloomilisi profiile mitteinvasiivsete uurimismeetoditega saadud analüütides nagu hingeõhu kondensaat (EBC), indutseeritud röga ja vereseerum ja analüütides, mille saamiseks on vajalikud invasiivsed uurimismeetodid (bronhilimaskesta biopsia- ja haritsütoloogia materjal ning bronhoalveolaarse lavaazi vedelik); 3) grupeerida stabiilse KOK’ga patsiendid uudsetesse fenotüüpidesse, mis põhinevad mittemetaboloomsete ja metaboloomsete muutujate kooskasutamisel, rõhuasetusega mitteinvasiivsetele meetoditele; 3) selgitada, missugused muutujad/muutujate mustrid, k.a. metaboloomilised, võimaldavad vahet teha senistel „traditsioonilistel“ KOK fenotüüpidel ja 4) testida leitud KOK fenotüüpide stabiilsust hinnates stabiilse KOK’ga patsiente 1 aasta möödudes. Hea vastavus mitteinvasiivsete ja invasiivsete meetoditega võetud materjali metaboloomiliste profiilide vahel õigustab mitteinvasiivsete võtete (EBC ja vere) kasutamist nii hingamisteede muutuste kui KOK kui süsteemse haiguse hindamiseks ja KOK fenotüpiseerimiseks. Projekti tulemused võimaldavad KOK kiirtemini ja kergemini diagnoosida ning pakuvad uusi võimalusi personaliseerituma ravi väljaarendamiseks. Samuti võimaldavad tulemused paremini disainida tulevikuuringuid ning anda materjali uutele longitudinaalsetele projektidele, et uued fenotüübid kliiniliselt valideerida.
There is a consensus that the progressive airflow obstruction marked by FEV1 cannot describe in a clinically meaningful way the huge complexity of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), a major health problem worldwide, particularly its prognosis and response to treatment. Instead, with advanced statistical methods, clinically useful phenotypes of COPD are created on the basis of clinical, physiologic, radiologic, biologic and genetic data. To date, no phenotyping of COPD without an a priori premise has been performed on the basis of data generated by a metabolomic approach, a methodology that represents the status of a living cell in the most immediate fashion. Therefore, the aims of this project are: 1) with use of liquid chromatography and mass spectrometry, to compare the metabolomic profiles of patients with stable COPD with that of healthy non-smokers, smoking non-obstructive controls and patients with a COPD exacerbation to unravel metabolic biomarkers/signatures related to smoking, those standing behind development of COPD when smoking, and those expressed during COPD exacerbations; 2) as non-invasiveness of sampling is critical in COPD, to validate the metabolomic profiles from samples obtainable in a non-invasive way, particularly exhaled breath condensate (EBC), induced sputum and serum in the light of that from samples requiring invasive tecnhiques (bronchial biopsies and brushing specimens, bronchoalveolar lavage fluid); 3) to group patients with stable COPD into novel phenotypes using non-metabolomic variables and metabolomic biomarkers/composed signatures together, with emphasis put on the non-invasive sampling; 3) to unravel, what parameters/multi-analyte panels including the metabolomic biomarkers/signatures matter in distinguishing between “traditional” COPD phenotypes and 4) to test the stability of the COPD phenotypes detected by re-evaluating the patients after 1 year. A good match between the metabolomic profiles of samples obtained by non-invasive and invasive methods will justify use the former techniques like EBC and serum for the metabolomic assessment of the airways’ and systemic disease and for phenotyping of COPD. The results from the project facilitate rapid and easy diagnosis and provide easily accessed clues for personalised therapy, but can also improve the design of further studies and provide a challenging matter for further longitudinal projects to evaluate the prognostic value of the phenotypes outlined.
KOK patogenees sõltub bronhiepiteeli (BE) aktivatsioonist, mille põhjustab oksüdatiivne kahjustus, peamiselt sissehingatud sigaretisuitsu, aga ka nebuliseeritud e-sigaretivedeliku näol. Näitasime sigaretisuitsu toimel BE rakusisese glutatioonitaseme kiiret langust, millele järgnes retsiprookne tõus. Sigaretisuits tõstis BE rakkudes glutamaadi-tsüsteiini ligaasi nii katalüütilise kui modifitseeriva ühiku ekspressiooni. Näitasime mass-spektromeetriliselt, et sigaretisuits põhjustab KOK-haigetel BE rakkude metaboloomis olulise nihke indutseerides olulisi posttranslatsioonilisi muutusi fosforüülimise, raku energiaainevahetuse ja puriinaluste biosünteesiga seotud ensüümsüsteemides. Hinnates DNA kahjustust ja polü-(ADP-riboosi) polymeraasi-1 ekspressiooni ja aktiivsust perifeerse vere mononukleaarsetes rakkudes näitasime olulist KOK raskusastmest sõltuvat DNA kahjustust Comet Assay IV standardparameetreid kasutades. Lisaks leidsime uued, KOK raskusastmega senisest palju paremini korreleeruvad parameetrid. Näitasime, et nii sigaretisuits kui e-sigaretivedelik põhjustavad kiirelt olulisi nihkeid inimese bronhiepiteeli metaboloomis, millest olulisemad on seotud fosfolipiidide, redokssüsteemide ja BE energiaainevahetusega. E-sigaretivedeliku mõju oli kiirem ning muutused tabasid ka aminohapete ainevahetust. Sünteetiline antioksüdantne peptiid UPF1 osutus efektiivseks kirjeldatud nihete ärahoidmisel.Fenotüpiseerisime stabiilse KOK-ga patsiente integreerides 1) kliiniliste ja 2) demograafiliste muutujatega 3) hingeõhu kondensaadist ja 4) perifeersest verest mittesihtmärgiliselt paljastunud madalamolekulaarsed metaboliidid ning 5) veres olevate kindlate metaboliitide mõõtmistulemused. Peakomponentanalüüsi 5 esimese peakomponendi põhine klasterdamine jagas KOK haiged 4 fenotüüpi, mis ei korreleerunud kliinilise (GOLD) klassifikatsiooniga. Ent muutused sfingolipiidide metabolismis olid ulatuselt ja tähtsuselt võrreldavad spiromeetriliste suurustega. Seega, kliinilis-demograafilised muutujad, mida kasutatakse KOK kirjeldamisel, on ebapiisavad seletamaks KOK bioloogilist olemust.