周輝-呼出氣體中VOCs檢測(cè)在疾病早期篩查中的應(yīng)用課件

呼出氣體中VOCs檢測(cè)在疾病早期篩查中的應(yīng)用

周輝

研究員北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部1PPT課件呼出氣體中VOCs檢測(cè)在疾病早期篩查中的應(yīng)用1PPT課件呼出氣體檢測(cè)背景

在中國(guó)古時(shí)候人們已認(rèn)識(shí)到，人的尿液中逸出的氣體或呼吸產(chǎn)生的氣味可以幫助診斷疾病傳統(tǒng)中醫(yī)的“聞”，指聽聲音和聞口氣腐臭味——胃熱所致，多為口腔、消化道病人;酸餿味——進(jìn)食過多，消化不良;腥臭味——肺膿腫、支氣管擴(kuò)張合并感染等；尿臊味——腎功能衰竭，不能正常排泄廢物；爛蘋果味——多半患有糖尿病；烤面包味——斑疹傷寒患者；鼠臭味——肝臟有病，多見于肝功能嚴(yán)重?fù)p害病人；大蒜味——有機(jī)磷農(nóng)藥中毒，誤服滅鼠藥磷化鋅者；灰塵味——嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)失調(diào)；2PPT課件呼出氣體檢測(cè)背景腐臭味——胃熱所致，多為口腔、消化道病人;20世紀(jì)60年代，開始探索用現(xiàn)代分析儀器來代替具有精密化學(xué)測(cè)量功能的人體感官，對(duì)人體產(chǎn)生的氣體或氣味進(jìn)行分析鑒定呼出氣體檢測(cè)背景

種類非常多的離子、代謝產(chǎn)物以及腺苷、ATP、氨、過氧化氫、前列腺素、乳酸、氧化氮、多肽以及細(xì)胞因子等眾多分子3PPT課件20世紀(jì)60年代，開始探索用現(xiàn)代分析儀器來代替具有精密化學(xué)測(cè)每個(gè)人所呼出的氣體中都含有水蒸氣和二氧化碳等空氣成份，但其他成份卻不盡相同有人認(rèn)為每個(gè)人呼出的化合物和人類的指紋一樣是獨(dú)一無二各種內(nèi)源性的代謝物組合，可以作為生物標(biāo)志物，反應(yīng)人體的健康狀況，從而應(yīng)用于疾病的早期篩查呼出氣體檢測(cè)背景

4PPT課件每個(gè)人所呼出的氣體中都含有水蒸氣和二氧化碳等空氣成份，但其他呼出氣體中的可揮發(fā)性有機(jī)物

（VolatileOrganicCompounds，VOCs）1971年，Pauling等首次提出了人體呼出氣體中存在VOCs目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)呼出氣體中存在上千種VOCs，其中大多數(shù)濃度在皮摩爾(10-12mol·L)或ppt(parts．per-trillion)級(jí)其中一部分VOCs被認(rèn)為是與疾病緊密相關(guān)的

VOCs來源主要有兩個(gè)方面：1）通過呼吸系統(tǒng)吸入的或通過皮膚吸收的外源性VOCs2）體內(nèi)各種生物化學(xué)過程產(chǎn)生的內(nèi)源性VOCs。

5PPT課件呼出氣體中的可揮發(fā)性有機(jī)物

（VolatileOrgani細(xì)胞在維持細(xì)胞膜完整性、能量代謝的過程中以及氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)源性VOCs，是疾病診斷檢測(cè)的目標(biāo)。不飽和脂肪酸的脂質(zhì)過氧化可生成烷烴脂質(zhì)過氧化的乙酰乙酸鹽去碳酸基過程可產(chǎn)生丙酮膽固醇的合成過程中會(huì)由乙酰輔酶A產(chǎn)生異戊二烯等細(xì)胞色素P450混合酶系統(tǒng)可將代謝產(chǎn)物如烷烴類和單甲基烷烴類氧化成醇肺癌患者中，由于細(xì)胞色素P450混合酶系統(tǒng)以及編碼該酶的多家族基因的改變，會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激的代謝產(chǎn)物如烷烴類和單甲基烷烴類的降解，改變?nèi)梭w的VOCs組成6PPT課件細(xì)胞在維持細(xì)胞膜完整性、能量代謝的過程中以及氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生呼出氣體VOCs檢測(cè)的臨床應(yīng)用神經(jīng)退行性疾病肺部疾病胃腸疾病感染類疾病VOCs肺部疾?。悍伟OPD、哮喘…胃腸類：胃癌、腸癌…感染類：幽門螺旋桿菌感染、陰道感染…神經(jīng)退行性疾?。豪夏臧V呆、帕金森…其他腫瘤類，如乳腺癌、頭頸癌…7PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)的臨床應(yīng)用神經(jīng)退行性疾病肺部胃腸感染類呼出氣體VOCs檢測(cè)優(yōu)勢(shì)

無需大型儀器和昂貴的耗材成本低無同位素

目前，穩(wěn)定同位素廣泛用于于代謝性疾病及感染性疾病等疾病的臨床診斷，如13C-標(biāo)記。無創(chuàng)取樣

無需血液、組織等樣本，患者可自行操作，順應(yīng)個(gè)體化醫(yī)療的趨勢(shì)，適用于廣泛篩查。不同的標(biāo)記物陣列可適于識(shí)別各種疾病，可包括呼吸道疾病、消化道以及各種形式的癌癥等。普適性8PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)優(yōu)勢(shì)無需大型儀器和昂貴的耗材成本低無呼出氣體VOCs檢測(cè)方法1，GC-MS（定量）（氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）分辨率達(dá)~ppb（10-9M）9PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法1，GC-MS（定量）（氣相色譜-呼出氣體VOCs檢測(cè)方法2，電子鼻（模糊識(shí)別）Cyranose?320NoseChip?arrayofnanocompositesensorsPatternrecognitionalgorithms10PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法2，電子鼻（模糊識(shí)別）Cyrano呼出氣體VOCs檢測(cè)方法3，其它高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）分辨率達(dá)~100ppt（10-10M）11PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法3，其它高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（呼出氣體VOCs檢測(cè)方法4，其它納米微陣列（Coated-

Nanoarray）12PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法4，其它納米微陣列（Coated-呼出氣體VOCs檢測(cè)方法5，其它--狗鼻子分辨率達(dá)~ppt（10-12M）13PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法5，其它--狗鼻子分辨率達(dá)~p應(yīng)用于肺癌檢測(cè)

長(zhǎng)期吸煙者有害物質(zhì)高暴露人群肺部疾病患者有家族史的高危人群

...

肺癌早期發(fā)現(xiàn)，高危人群實(shí)時(shí)監(jiān)控。研究表明，在肺癌發(fā)生的早期，細(xì)胞的氧化應(yīng)激等狀態(tài)已經(jīng)改變，人體呼出的氣體的組成結(jié)構(gòu)和含量與健康人不同。

以上數(shù)據(jù)來源：《2013年中國(guó)腫瘤登記年報(bào)》14PPT課件應(yīng)用于肺癌檢測(cè)長(zhǎng)期吸煙者...以上數(shù)據(jù)來源：14PPT課呼出氣體檢測(cè)在肺癌早期診斷與相應(yīng)肺癌分型中的應(yīng)用已得到廣泛的關(guān)注15PPT課件呼出氣體檢測(cè)在肺癌早期診斷與相應(yīng)肺癌分型中的應(yīng)用已得到廣泛的16PPT課件16PPT課件肺癌中檢測(cè)的呼出氣體VOCs17PPT課件肺癌中檢測(cè)的呼出氣體VOCs17PPT課件汪..汪..汪…(哥們，你貌似得癌了)18PPT課件汪..汪..汪…18PPT課件超高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）具有高靈敏度和高特異性的特質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了新型的高場(chǎng)非對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）技術(shù)和復(fù)雜背景中痕量氣體檢測(cè)的有效結(jié)合19PPT課件超高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）具有高靈敏度和高特異應(yīng)用FAIMS對(duì)VOCs的檢測(cè)可檢測(cè)出至少11種VOCs，最優(yōu)分辨率達(dá)到~10ppt量級(jí)20PPT課件應(yīng)用FAIMS對(duì)VOCs的檢測(cè)可檢測(cè)出至少11種VOCs，最應(yīng)用FAIMS對(duì)肺癌患者呼出氣體VOCs的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)：快速：檢測(cè)時(shí)間僅為10毫秒左右。小型化：與傳統(tǒng)的呼出氣檢測(cè)系統(tǒng)相比，放電溝道與離子遷移溝高度集成，從而易于實(shí)現(xiàn)小型化。高靈敏度：檢測(cè)靈敏度達(dá)到和超過了現(xiàn)有的大型檢測(cè)設(shè)備。21PPT課件應(yīng)用FAIMS對(duì)肺癌患者呼出氣體VOCs的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)：21PP應(yīng)用于神經(jīng)退行性疾病檢測(cè)以阿爾茲海默病、帕金森病為首的神經(jīng)退行性疾病正成為威脅中老年人群健康的一個(gè)顯著的全球公共衛(wèi)生問題

迄今為止，全世界阿爾茲海默病患者已超過2600萬人，帕金森病患者超過500萬，其中一半以上在中國(guó)

60歲以上人群中阿爾茲海默病發(fā)病率約5%，帕金森病約為2%，即100個(gè)人中將有高達(dá)7個(gè)人患病

神經(jīng)退行性疾病患者的細(xì)胞因?yàn)楫惓４x，產(chǎn)生的VOCs異于健康人，早期發(fā)現(xiàn)高危人群，實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利防控ADPD22PPT課件應(yīng)用于神經(jīng)退行性疾病檢測(cè)以阿爾茲海默病、帕金森病為首的神經(jīng)退PD的胃腸道病發(fā)假說Braak’s

Hypothesis23PPT課件PD的胃腸道病發(fā)假說Braak’sHypothesis23AD的特異性VOCs圖譜24PPT課件AD的特異性VOCs圖譜24PPT課件單臂碳納米管檢測(cè)陣列檢測(cè)VOCs25PPT課件單臂碳納米管檢測(cè)陣列檢測(cè)VOCs25PPT課件檢測(cè)陣列檢測(cè)AD/PD26PPT課件檢測(cè)陣列檢測(cè)AD/PD26PPT課件檢測(cè)陣列檢測(cè)AD/PD27PPT課件檢測(cè)陣列檢測(cè)AD/PD27PPT課件Thanks！28PPT課件Thanks！28PPT課件呼出氣體中VOCs檢測(cè)在疾病早期篩查中的應(yīng)用

周輝

研究員北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部29PPT課件呼出氣體中VOCs檢測(cè)在疾病早期篩查中的應(yīng)用1PPT課件呼出氣體檢測(cè)背景

在中國(guó)古時(shí)候人們已認(rèn)識(shí)到，人的尿液中逸出的氣體或呼吸產(chǎn)生的氣味可以幫助診斷疾病傳統(tǒng)中醫(yī)的“聞”，指聽聲音和聞口氣腐臭味——胃熱所致，多為口腔、消化道病人;酸餿味——進(jìn)食過多，消化不良;腥臭味——肺膿腫、支氣管擴(kuò)張合并感染等；尿臊味——腎功能衰竭，不能正常排泄廢物；爛蘋果味——多半患有糖尿??；烤面包味——斑疹傷寒患者；鼠臭味——肝臟有病，多見于肝功能嚴(yán)重?fù)p害病人；大蒜味——有機(jī)磷農(nóng)藥中毒，誤服滅鼠藥磷化鋅者；灰塵味——嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)失調(diào)；30PPT課件呼出氣體檢測(cè)背景腐臭味——胃熱所致，多為口腔、消化道病人;20世紀(jì)60年代，開始探索用現(xiàn)代分析儀器來代替具有精密化學(xué)測(cè)量功能的人體感官，對(duì)人體產(chǎn)生的氣體或氣味進(jìn)行分析鑒定呼出氣體檢測(cè)背景

種類非常多的離子、代謝產(chǎn)物以及腺苷、ATP、氨、過氧化氫、前列腺素、乳酸、氧化氮、多肽以及細(xì)胞因子等眾多分子31PPT課件20世紀(jì)60年代，開始探索用現(xiàn)代分析儀器來代替具有精密化學(xué)測(cè)每個(gè)人所呼出的氣體中都含有水蒸氣和二氧化碳等空氣成份，但其他成份卻不盡相同有人認(rèn)為每個(gè)人呼出的化合物和人類的指紋一樣是獨(dú)一無二各種內(nèi)源性的代謝物組合，可以作為生物標(biāo)志物，反應(yīng)人體的健康狀況，從而應(yīng)用于疾病的早期篩查呼出氣體檢測(cè)背景

32PPT課件每個(gè)人所呼出的氣體中都含有水蒸氣和二氧化碳等空氣成份，但其他呼出氣體中的可揮發(fā)性有機(jī)物

（VolatileOrganicCompounds，VOCs）1971年，Pauling等首次提出了人體呼出氣體中存在VOCs目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)呼出氣體中存在上千種VOCs，其中大多數(shù)濃度在皮摩爾(10-12mol·L)或ppt(parts．per-trillion)級(jí)其中一部分VOCs被認(rèn)為是與疾病緊密相關(guān)的

VOCs來源主要有兩個(gè)方面：1）通過呼吸系統(tǒng)吸入的或通過皮膚吸收的外源性VOCs2）體內(nèi)各種生物化學(xué)過程產(chǎn)生的內(nèi)源性VOCs。

33PPT課件呼出氣體中的可揮發(fā)性有機(jī)物

（VolatileOrgani細(xì)胞在維持細(xì)胞膜完整性、能量代謝的過程中以及氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)源性VOCs，是疾病診斷檢測(cè)的目標(biāo)。不飽和脂肪酸的脂質(zhì)過氧化可生成烷烴脂質(zhì)過氧化的乙酰乙酸鹽去碳酸基過程可產(chǎn)生丙酮膽固醇的合成過程中會(huì)由乙酰輔酶A產(chǎn)生異戊二烯等細(xì)胞色素P450混合酶系統(tǒng)可將代謝產(chǎn)物如烷烴類和單甲基烷烴類氧化成醇肺癌患者中，由于細(xì)胞色素P450混合酶系統(tǒng)以及編碼該酶的多家族基因的改變，會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激的代謝產(chǎn)物如烷烴類和單甲基烷烴類的降解，改變?nèi)梭w的VOCs組成34PPT課件細(xì)胞在維持細(xì)胞膜完整性、能量代謝的過程中以及氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生呼出氣體VOCs檢測(cè)的臨床應(yīng)用神經(jīng)退行性疾病肺部疾病胃腸疾病感染類疾病VOCs肺部疾?。悍伟?、COPD、哮喘…胃腸類：胃癌、腸癌…感染類：幽門螺旋桿菌感染、陰道感染…神經(jīng)退行性疾?。豪夏臧V呆、帕金森…其他腫瘤類，如乳腺癌、頭頸癌…35PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)的臨床應(yīng)用神經(jīng)退行性疾病肺部胃腸感染類呼出氣體VOCs檢測(cè)優(yōu)勢(shì)

無需大型儀器和昂貴的耗材成本低無同位素

目前，穩(wěn)定同位素廣泛用于于代謝性疾病及感染性疾病等疾病的臨床診斷，如13C-標(biāo)記。無創(chuàng)取樣

無需血液、組織等樣本，患者可自行操作，順應(yīng)個(gè)體化醫(yī)療的趨勢(shì)，適用于廣泛篩查。不同的標(biāo)記物陣列可適于識(shí)別各種疾病，可包括呼吸道疾病、消化道以及各種形式的癌癥等。普適性36PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)優(yōu)勢(shì)無需大型儀器和昂貴的耗材成本低無呼出氣體VOCs檢測(cè)方法1，GC-MS（定量）（氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）分辨率達(dá)~ppb（10-9M）37PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法1，GC-MS（定量）（氣相色譜-呼出氣體VOCs檢測(cè)方法2，電子鼻（模糊識(shí)別）Cyranose?320NoseChip?arrayofnanocompositesensorsPatternrecognitionalgorithms38PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法2，電子鼻（模糊識(shí)別）Cyrano呼出氣體VOCs檢測(cè)方法3，其它高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）分辨率達(dá)~100ppt（10-10M）39PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法3，其它高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（呼出氣體VOCs檢測(cè)方法4，其它納米微陣列（Coated-

Nanoarray）40PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法4，其它納米微陣列（Coated-呼出氣體VOCs檢測(cè)方法5，其它--狗鼻子分辨率達(dá)~ppt（10-12M）41PPT課件呼出氣體VOCs檢測(cè)方法5，其它--狗鼻子分辨率達(dá)~p應(yīng)用于肺癌檢測(cè)

長(zhǎng)期吸煙者有害物質(zhì)高暴露人群肺部疾病患者有家族史的高危人群

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肺癌早期發(fā)現(xiàn)，高危人群實(shí)時(shí)監(jiān)控。研究表明，在肺癌發(fā)生的早期，細(xì)胞的氧化應(yīng)激等狀態(tài)已經(jīng)改變，人體呼出的氣體的組成結(jié)構(gòu)和含量與健康人不同。

以上數(shù)據(jù)來源：《2013年中國(guó)腫瘤登記年報(bào)》42PPT課件應(yīng)用于肺癌檢測(cè)長(zhǎng)期吸煙者...以上數(shù)據(jù)來源：14PPT課呼出氣體檢測(cè)在肺癌早期診斷與相應(yīng)肺癌分型中的應(yīng)用已得到廣泛的關(guān)注43PPT課件呼出氣體檢測(cè)在肺癌早期診斷與相應(yīng)肺癌分型中的應(yīng)用已得到廣泛的44PPT課件16PPT課件肺癌中檢測(cè)的呼出氣體VOCs45PPT課件肺癌中檢測(cè)的呼出氣體VOCs17PPT課件汪..汪..汪…(哥們，你貌似得癌了)46PPT課件汪..汪..汪…18PPT課件超高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）具有高靈敏度和高特異性的特質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了新型的高場(chǎng)非對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）技術(shù)和復(fù)雜背景中痕量氣體檢測(cè)的有效結(jié)合47PPT課件超高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜（FAIMS）具有高靈敏度和高特異應(yīng)用FAIMS對(duì)VOCs的檢測(cè)可檢測(cè)出至少11種VOCs，最優(yōu)分辨率達(dá)到~10ppt量級(jí)48PPT課件應(yīng)用FAIMS對(duì)VOCs的檢測(cè)可檢測(cè)出至少11種VOCs，最應(yīng)用