Διαγνωστική προσέγγιση των ενδογενών μεταβολικών νοσημάτων με την χρήση της φασματοσκοπίας NMR
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Δουλοπούλου, Ευστρατία
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Χημείας
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Τα ενδογενή νοσήματα του μεταβολισμού αποτελούν μια ομάδα σπάνιων
νοσημάτων που οφείλονται σε γενετικές μεταλλάξεις και οδηγούν σε ανεπάρκεια ή
διαταραχή της φυσιολογικής λειτουργίας ενζύμων ή πρωτεϊνών που συμμετέχουν στον
μεταβολισμό. Η ατελής δράση των ενζύμων σε κάθε περίπτωση μπορεί να οδηγήσει σε
δυσλειτουργία στον μεταβολισμό των πρωτεϊνών, των λιπιδίων ή των υδατανθράκων.
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την συσσώρευση μορίων σε τοξικές για τον οργανισμό
συγκεντρώσεις.
Η έγκαιρη διάγνωση των νοσημάτων αυτών είναι πολύ σημαντική προκειμένου
να αποφευχθεί όσο το δυνατόν η ανάπτυξη σοβαρότερων συμπτωμάτων και να
ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα πρόωρου θανάτου στα νεογνά. Η μεταβολομική
αποτελεί ιδανικό εργαλείο για την μελέτη των ενδογενών νοσημάτων του
μεταβολισμού. Ειδικότερα, η φασματοσκοπία NMR των βιολογικών υγρών είναι
κατάλληλη για newborn screening καθώς, παρέχει το μεταβολικό προφίλ του εκάστοτε
βιολογικού υγρού εντοπίζοντας μη εκλεκτικά το σύνολο τόσο των γνωστών όσο και
των άγνωστων (μη αναμενόμενων) μεταβολιτών, γρήγορα και με υψηλή
επαναληψιμότητα.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε 1) Βιβλιογραφική
ανασκόπηση σε ορισμένα από τα συχνότερα ενδογενή νοσήματα του μεταβολισμού
που έχουν μελετηθεί με την χρήση της φασματοσκοπίας NMR και 2) Διερεύνηση με
φασματοσκοπία 1Η-NMR ενδογενών νοσημάτων του μεταβολισμού σε παιδιά που
παρακολουθούνται στην Παιδιατρική Κλινική του ΠΓΝΙ. Η μελέτη περιλάμβανε νέες
διαγνώσεις νοσημάτων καθώς και παρακολούθηση ασθενών που έχουν ήδη
διαγνωστεί. Συλλέχθηκαν δείγματα ούρων τα οποία αναλύθηκαν με φασματοσκοπία
NMR προκειμένου να ταυτοποιηθούν και να ποσοτικοποιηθούν οι μεταβολίτες που
εμφανίζονται αυξημένοι, μειωμένοι ή απουσιάζουν στο εκάστοτε ενδογενές νόσημα
του μεταβολισμού.
Τα περιστατικά που μελετήθηκαν αφορούν 1 ασθενή που πάσχει από την νόσο
Hunter, 1 ασθενή που πάσχει από την νόσο Morquio, 2 ασθενείς που πάσχουν από την
νόσο Pompe, 1 ασθενή με Τυροσιναιμία τύπου ΙΙ, 1 ασθενή χωρίς διάγνωση ενώ
συμπεριλαμβάνονται και δύο περιστατικά που μελετήθηκαν στο παρελθόν από το
εργαστήριο μας που αφορούν 1 ασθενή με Τριμεθυλαμινουρία και 1 ασθενή με
8
Σιτοστερολαιμία αντίστοιχα. Όσον αφορά τα νοσήματα της Τυροσιναιμίας τύπου ΙΙ,
της Τριμεθυλαμινουρίας και της Σιτοστερολαιμίας, το 1Η-NMR αποτελεί ένα
εξαιρετικό εργαλείο για την ταυτοποίηση και την ποσοτικοποίηση των μεταβολιτών
που εκκρίνονται σε μη φυσιολογικό βαθμό στα βιολογικά υγρά των ασθενών.
Ειδικότερα, για την Τυροσιναιμία τύπου ΙΙ, ταυτοποιήθηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν
οι μεταβολίτες 4-υδροξυφαινυλακετοξικό, 4-υδροξυφαινυλγαλακτικό, η Ν ακετυλτυροσίνη καθώς και η τυροσίνη που αποτελούν χαρακτηριστικά ευρήματα για
την συγκεκριμένη νόσο σύμφωνα με την διεθνή βιβλιογραφία. Στην περίπτωση της
Τριμεθυλαμινουρίας αντίστοιχα ποσοτικοποιήθηκαν τα τριμεθυλαμινο-N-οξείδιο
(TMAO) και η τριμεθυλαμίνη (ΤΜΑ), ενώ υπολογίστηκε ο λόγος TMA /TMA
+TMAO από τα οποία προέκυψε και η διάγνωση σε συμφωνία με την βιβλιογραφία.
Ταυτόχρονα στην περίπτωση της Σιτοστερολαιμίας ποσοτικοποιήθηκαν σημαντικές
ποσότητες φυτοστερολών, κυρίως β-σιτοστερόλης, που αποτελούν χαρακτηριστικές
της νόσου. Έτσι, καθίσταται δυνατή η διάγνωση των νοσημάτων αυτών με την χρήση
της φασματοσκοπίας 1Η-NMR.
Τα νοσήματα Hunter, Morquio και Pompe ανήκουν στα νοσήματα
λυσοσωμικής αποθήκευσης και ως εκ τούτου οι μεταβολίτες που εκκρίνονται στα ούρα
των ασθενών έχουν σύνθετη χημική δομή και απαιτείται ειδική κατεργασία του
δείγματος προκειμένου να ταυτοποιηθούν και να ποσοτικοποιηθούν. Κατ’ επέκταση το
1Η-NMR που εφαρμόζεται στα ούρα χωρίς να έχει προηγηθεί επεξεργασία του
δείγματος δεν δύναται να χρησιμοποιηθεί σαν εργαλείο για την διάγνωση των
νοσημάτων αυτών. Στην περίπτωση του περιστατικού που δεν έχει διαγνωσθεί, με την
χρήση του 1Η-NMR καταγράφηκε το μεταβολικό προφίλ των ούρων του ασθενή, από
το οποίο προκύπτουν αυξημένοι μεταβολίτες που δεν εμφανίζονται φυσιολογικά, όπως
το αιθυλομαλονικό οξύ. Ωστόσο προκειμένου να γίνει μια ασφαλής διάγνωση
απαιτείται συνεκτίμηση των υπόλοιπων βιοχημικών αναλύσεων και της κλινικής
εικόνας του ασθενή και ενδεχομένως η πραγματοποίηση περισσότερων και πιο
εξειδικευμένων εξετάσεων, όπως είναι το προφίλ ακυλοκαρνιτίνης. Σε κάθε περίπτωση
με την χρήση του 1Η-NMR προέκυψε το μεταβολικό προφίλ των ασθενών, όπου
ταυτοποίηθηκε και ποσοτικοποιήθηκε ένας σημαντικός αριθμός μεταβολιτών
Inborn Errors of Metabolism (IEMs) are a group of rare diseases, caused by genetic mutations that lead to a deficiency or a disruption of the normal function of enzymes or proteins involved in the human metabolism. Incomplete enzyme activity may lead to a disruption in the metabolism of proteins, lipids or carbohydrates. This results in the accumulation of small molecules, which cause the intoxication of patients. Early diagnosis is crucial in order to deescalate the presantation of more severe symptoms and to minimize the possibility of premature death in newborns. Metabolomics can be a very useful tool for the study of inborn errors of metabolism. NMR spectroscopy in particular, is recommended for newborn screening, since it can provide a metabolic profile for each biological fluid by non-targeted detection of known and unknown (unexpected) metabolites in a quick and easily repeatable manner. In the present thesis were carried out: 1) A literature review on some of the most common inborn errors of metabolism that have been studied with NMR spectroscopy and 2) An investigation, with 1HNMR spectroscopy, of IEMs in children attending the Pediatric Clinic of the University’s General Hospital of Ioannina. The study included new diagnoses as well as follow-up of previously diagnosed patients. Urine samples were collected and analyzed by NMR spectroscopy in order to identify and quantify metabolites that appear increased, decreased or absent in each case. The cases we studied include: 1 patient suffering from Hunter's disease, 1 patient suffering from Morquio's disease, 2 patients suffering from Pompe's disease, 1 patient with Tyrosinemia type II, 1 undiagnosed patient while also included are two cases previously studied in our lab, which involve 1 patient with Trimethylaminuria and 1 patient with Sitosterolemia respectively. Regarding the Tyrosinemia type II, Trimethylaminuria and Sitosterolemia, 1H-NMR is an excellent tool for the identification and quantification of metabolites that are secreted in abnormal levels in the biological fluids of patients. For Tyrosinemia type II in particular, the metabolites 4-Hydroxyphenylacetate, 4-Hydroxyphenyllactate, N-Acetyltyrosine and Tyrosine were detected and quantified, which are typical findings for Tyrosinemia type II according to literature. In the case of Trimethylaminuria, trimethylamine-N-oxide (TMAO) and trimethylamine (TMA) were quantified and the ratio TMA /TMA +TMAO was calculated, from which the diagnosis was derived, in agreement with 10 literature. In the case of Sitosterolemia, significant amounts of phytosterols, mainly β sitosterol, were quantified, which are characteristic for the disease. Thus, it becomes possible to diagnose these diseases using 1H-NMR spectroscopy. Hunter, Morquio and Pompe diseases are lysosomal storage diseases and therefore the metabolites excreted in the urine of patients have a complex chemical structure and require processing of the sample to detect and quantify them. Consequently, 1H-NMR applied to urine of these patients without prior treatment of the sample cannot be used for the diagnosis of these diseases. In the case of the undiagnosed case, 1H-NMR provided the metabolic profile of the patient's urine, yielding elevated levels of metabolites, that do not occur normally in healthy subjects, such as ethylomalonic acid. However, in order to make a safe diagnosis, it is necessary to take into account further biochemical analyses and the clinical presentation of the patient and possibly perform more specific tests, such as acylcarnitine profiling. In each case, the metabolic profile of the patients’ urine was obtained, using 1H-NMR, where a significant number of metabolites were detected and quantified.
Inborn Errors of Metabolism (IEMs) are a group of rare diseases, caused by genetic mutations that lead to a deficiency or a disruption of the normal function of enzymes or proteins involved in the human metabolism. Incomplete enzyme activity may lead to a disruption in the metabolism of proteins, lipids or carbohydrates. This results in the accumulation of small molecules, which cause the intoxication of patients. Early diagnosis is crucial in order to deescalate the presantation of more severe symptoms and to minimize the possibility of premature death in newborns. Metabolomics can be a very useful tool for the study of inborn errors of metabolism. NMR spectroscopy in particular, is recommended for newborn screening, since it can provide a metabolic profile for each biological fluid by non-targeted detection of known and unknown (unexpected) metabolites in a quick and easily repeatable manner. In the present thesis were carried out: 1) A literature review on some of the most common inborn errors of metabolism that have been studied with NMR spectroscopy and 2) An investigation, with 1HNMR spectroscopy, of IEMs in children attending the Pediatric Clinic of the University’s General Hospital of Ioannina. The study included new diagnoses as well as follow-up of previously diagnosed patients. Urine samples were collected and analyzed by NMR spectroscopy in order to identify and quantify metabolites that appear increased, decreased or absent in each case. The cases we studied include: 1 patient suffering from Hunter's disease, 1 patient suffering from Morquio's disease, 2 patients suffering from Pompe's disease, 1 patient with Tyrosinemia type II, 1 undiagnosed patient while also included are two cases previously studied in our lab, which involve 1 patient with Trimethylaminuria and 1 patient with Sitosterolemia respectively. Regarding the Tyrosinemia type II, Trimethylaminuria and Sitosterolemia, 1H-NMR is an excellent tool for the identification and quantification of metabolites that are secreted in abnormal levels in the biological fluids of patients. For Tyrosinemia type II in particular, the metabolites 4-Hydroxyphenylacetate, 4-Hydroxyphenyllactate, N-Acetyltyrosine and Tyrosine were detected and quantified, which are typical findings for Tyrosinemia type II according to literature. In the case of Trimethylaminuria, trimethylamine-N-oxide (TMAO) and trimethylamine (TMA) were quantified and the ratio TMA /TMA +TMAO was calculated, from which the diagnosis was derived, in agreement with 10 literature. In the case of Sitosterolemia, significant amounts of phytosterols, mainly β sitosterol, were quantified, which are characteristic for the disease. Thus, it becomes possible to diagnose these diseases using 1H-NMR spectroscopy. Hunter, Morquio and Pompe diseases are lysosomal storage diseases and therefore the metabolites excreted in the urine of patients have a complex chemical structure and require processing of the sample to detect and quantify them. Consequently, 1H-NMR applied to urine of these patients without prior treatment of the sample cannot be used for the diagnosis of these diseases. In the case of the undiagnosed case, 1H-NMR provided the metabolic profile of the patient's urine, yielding elevated levels of metabolites, that do not occur normally in healthy subjects, such as ethylomalonic acid. However, in order to make a safe diagnosis, it is necessary to take into account further biochemical analyses and the clinical presentation of the patient and possibly perform more specific tests, such as acylcarnitine profiling. In each case, the metabolic profile of the patients’ urine was obtained, using 1H-NMR, where a significant number of metabolites were detected and quantified.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Ενδογενή νοσήματα του μεταβολισμού, Φασματοσκοπία NMR, Ιατρική Χημεία
Θεματική κατηγορία
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Χημείας
Όνομα επιβλέποντος
Μπαϊρακτάρη, Ελένη
Εξεταστική επιτροπή
Μάκης, Αλέξανδρος
Μαγκλάρα, Αγγελική
Μπαϊρακτάρη, Ελένη
Μαγκλάρα, Αγγελική
Μπαϊρακτάρη, Ελένη
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
124 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States