Onderzoeksgroep

Laboratorium Experimentele geneeskunde en Pediatrie (LEMP)

Expertise

Eind vorige eeuw werd ontdekt dat uitgeademde lucht vluchtig organische componenten (VOCs) bevat. Deze VOCs ontstaan uit het humane metabolisme en kunnen veranderingen hierin weerspiegelen. Een grote drijver in VOC vorming is inflammatie dat oxidatieve stress induceert en via celschade VOCs vrijstelt. Daarnaast produceren verschillende bacteriële soorten ook specifieke VOCs, waardoor bacteriële infectie kan opgespoord worden. Een verandering in VOCs in de adem weerspiegelt dus een bepaalde pathologie of infectie en kan gebruikt worden om ziekte te monitoren na behandeling. Omdat een ademstaal niet-invasief wordt verkregen en geen geforceerde inspanning van de patiënt vraagt, is het een ideaal middel om af te nemen bij ouderen, kinderen en patiënten op intensieve zorgen, waar bloedafname vaak als pijnlijk en stresserend wordt ervaren. Daarnaast is inflammatie een van de keurmerken van kanker: tumoren gaan hun eigen metabolisme opdrijven en kunnen een actief immuunsysteem omzeilen. Dit verandert ook de VOC patronen in de adem, waardoor ademanalyse toelaat om kanker te diagnosticeren en behandeling op te volgen. Vandaag de dag is de zoektocht naar een ademtest voor inflammatoire aandoeningen en kanker in volle ontwikkeling en is er nog geen implementatie in de kliniek. Mijn onderzoek focust daarom op de studie van volatomics en breathomics oom de rol van VOCs uit te klaren als middel voor diagnose en opvolging van inflammatoire en maligne aandoeningen, zowel in vivo als via headspace in vitro. Op die manier trachten we het gebruik van de “volatiele biopsieën” in een klinische workflow te implementeren.

Implementatie van breathomics in ziekte en gezondheid 15/10/2020 - 30/04/2021

Abstract

Reeds in de oudheid werd aangenomen dat geur verwant was met ziekte en gezondheid. De adem bevat zowel vluchtige organische componenten (VOCs), niet volatiele componenten (uitgeademd consensaat (EBC)) alsook partikels (PEx). These omvatten metabolieten, signaalmolecules, cellulaire structurele afbraakcomponenten die gerelateerd zijn aan het metabolisme van het individu. Hun vorming wordt bevorderd door (patho)fysiologische processen zoals inflammatie, infectie of carcinogenese. Na vrijstelling van ademcomponenten in het lichaam, worden deze naar de longen gevoerd via het bloed, waar ze worden uitgeademd. De moleculaire samenstelling van VOCs en EBC, zijn met andere woorden gelinkt aan zowel systemische als lokale processen in de luchtwegen, waar PEx specifiek de samenstelling weerspiegelt van het vocht in de kleine luchtwegen. Gezien volatiele componenten worden geoormerkt als ziekteverwekker, wordt de moleculaire "–omics" analyse van adem (breathomics) een onvermijdelijk instrument om ziekte en gezondheid op een niet-invasieve manier te monitoren. De VOCs komen niet alleen voor in de adem, maar worden ook vrijgesteld uit de huid, urine, bloed, speeksel, feces en moedermelk. Al deze componenten vormen het humane volatiloom. Er zijn reeds meer dan 1000 VOCs geïdentificeerd in de adem, behorend tot verschillende chemische klassen waaronder alkanen (de meest prevalente), ketonen, terpenen, heterocyclische en aromatische componenten. De vluchtige en niet vluchtige componenten in de adem zijn reeds veelvuldig onderzocht als veelbelovende biomerkers voor astma, nier- en leverziekten, longkanker, chronisch longlijden, longontsteking, of metabole ziekten. De adem testen kunnen ook gebruikt worden om specifieke enzymfunctionaliteit na te gaan door het uitademen van 13C-gelabelde metabolieten. Daarnaast kunnen VOCs ook ontstaan uit exogene processen, zoals na inname van voedsel of medicatie of door het inademen van chemische stoffen, het zogeheten exposoom. Het bestuderen van deze matrix laat toe om de blootstelling, opname en eliminatie van toxische stoffen te bestuderen en op die manier pathogenese in kaart te brengen. Daarnaast kan in het EBC informatie gewonnen worden rond blootstelling aan nanopartikels en zware metalen, en kunnen merkers voor oxidatieve stress en inflammatie worden bestudeerd als merkers voor luchtverontreiniging. Ademanalyse, en meer algemeen het humane volatiloom, werd reeds meer dan 40 jaar geleden voor het eerst beschreven. Sindsdien is er een belangrijke technologische en methodologische vooruitgang geboekt. VOCs kunnen worden geanalyseerd via zowel chemische analyse als patroonherkenning. Daarom wordt in dit project gebruik gemaakt van gaschromatografie-massaspectrometrie als sensortechnologie (MCC/IMS, FAIMS, SIFT-MS). Daarnaast zullen niet vluchtige componenten in EBC worden geanalyseerd met vloeistof chromatografie-massaspectrometrie. Deze analyses genereren een grote hoeveelheid data, die met gesuperviseerde en niet-gesuperviseerde data mining technieken zal worden geanalyseerd. Hoewel de adem matrix zeer interessant is als niet invasief medium, is er nog een grote nood aan validatie en een verbeterde gevoeligheid in het proces van staalname tot verwerking. Met dit project zal adem innovatief worden bestudeerd en geanalyseerd door middel van een volledige moleculaire profilering, inclusief karakterisatie en kwantificatie van vluchtige en niet vluchtige componenten zowel in vivo in patiënten en gezonde personen voor diagnose en monitoring van ziekte, maar ook ex vivo in experimentele cel modellen en in diermodellen om de biologische evidentie te bepalen. De toepassingen van dit project zijn dan ook veelvuldig, gaande van medisch/toxicologische toepassingen voor niet invasieve detectie en monitoring van ziekte in mensen, naar onderzoek naar de vrijstelling in cellijnen of planten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Een nieuwe proteomics-gebaseerde benadering voor het vinden van meer accurate biomerkers voor longvlieskanker 01/01/2019 - 31/12/2020

Abstract

Intense blootstelling aan asbestvezels kan leiden tot een heel agressieve kanker, zijnde maligne pleuraal mesothelioom. Een correcte diagnose van deze kanker gebeurt veelal in een heel laat stadium en hiervoor zijn bijzonder invasieve methoden, zoals het nemen van een longbiopt, nodig. In dit project willen we op zoek gaan naar merkers voor maligne pleuraal mesothelioom in bloedstalen van patiënten, en dit door heel specifieke eiwitten die door deze kankercellen vrijgesteld worden, uit bloestalen te identificeren. Op die manier zou er in de toekomst meer routinematig kunnen gescreend worden en kan deze kanker dus vroeger opgespoord worden, wat de kans op succesvolle behandeling vergroot.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Validatie van de ademanalyse voor de opsporing van longvlieskanker en longkanker 01/05/2018 - 30/04/2021

Abstract

In 2014 werd door het Belgisch Kankerregister 8452 nieuwe gevallen van longkanker geregistreerd. Hiermee vormt het een belangrijke tumor van de huidige generatie. De grootste risicofactor op het krijgen van longkanker is roken. Longkanker is eveneens een van de grootste oorzaken van kanker-gerelateerd overlijden. Dit doordat symptomen meestal maar optreden eens de ziekte een vergevorderd stadium heeft bereikt en waarbij de therapie ontoereikend is om de ziekte te genezen. Het is aangetoond dat screenen van een risicopopulatie met een lage dosis CT scan de mortaliteit van longkanker met 20% verlaagt. Dit omdat de ziekte wordt ontdekt in een vroege fase wanneer er nog geen symptomen zijn. Een nadeel van deze methode is echter de blootstelling aan radioactieve straling. Daarnaast levert een scan ook veel vals positieve nodules op (tot 96%), dit zijn kleine knobbels of massa's die zowel kwaadaardig als goedaardig kunnen zijn. Daarnaast zegt de grootte van de nodule ook niets over de kans op kwaadaardigheid ervan. Iedereen met een gevonden nodule wordt daarom onderworpen aan verdere CT scans en soms ook aan meer invasieve procedures zoals het nemen van een biopsie om de kwaadaardigheid vast te stellen. In een groot deel van deze personen is de nodule echter goedaardig en zijn de ingrepen en bijkomende scans overbodig. Het doel van deze studie is om na te gaan of er biomerkers in de adem aanwezig zijn die op goedaardigheid of kwaadaardigheid van een nodule kunnen wijzen. Adem bevat een groot aantal vluchtige organische componenten (VOCs) die afkomstig zijn van het metabolisme van de cel. Als een tumor zich ontwikkelt, zal die zijn metabolisme veranderen en zullen ontstekingsreacties optreden. Deze zullen dus ook andere componenten vrijstellen wat resulteert in een andere specifieke samenstelling, de zogeheten vingerafdruk, van een tumor. Op die manier kan bij een persoon bij wie een nodule wordt ontdekt een simpele, niet-invasieve ademtest worden afgenomen dat het risico op longkanker weerspiegelt, een 'adembiopsie'. Op die manier hoeft niet iedereen verder onderzoek te hebben maar wordt op een kosteneffectieve manier gebruik gemaakt van screening. Enkel de mensen met een positieve ademtest zouden verdere opvolging nodig hebben waarbij we personen met een negatieve test besparen van verdere screening met CT, met de daarbij horende blootstelling aan straling, kost en psychologisch leed.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Analyse van vluchtige organische componenten vrijgesteld uit mesothelioom cellijnen met ion mobiliteit spectrometry. 01/04/2018 - 31/03/2019

Abstract

Longvlieskanker (MPM) is een asbestgerelateerde aandoening met een slechte prognose. Om een vroege detectie te bevorderen, werd in voorgaand onderzoek gezocht naar biomerkers voor de ziekte in uitademingslucht. om de specificiteit van het diagnostisch model te verbeteren is het doel van deze studie om (I) vluchtige organische componenten (VOCs), vrijgesteld uit verschillende MPM cellijnen, te identificeren en vergelijken met ion mobiliteit spectrometrie, (II) deze te correleren met VOCs in de adem van MPM patiënten en (III) te correleren met de MPM pathogenese om VOCs biologisch te linken aan de ziekte.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)