IL CONDENSATO DELL'ARIA ESPIRATA NELLO STUDIO DI PATOLOGIE RESPIRATORIE PEDIATRICHE

Background e obiettivi. Negli ultimi 10 anni, nel campo della pneumologia pediatrica, c'è stato un crescente interesse verso lo sviluppo di metodiche non invasive per lo studio dell infiammazione delle vie aeree. Infatti, sebbene la metodica gold standard sia rappresentata dalla broncoscopia con il broncolavaggio e le biopsie bronchiali, l'invasività di tale procedura ne limita l'uso a selezionate indicazioni cliniche non permettendo l'applicazione ad un'ampia popolazione, in particolare nell'ambito pediatrico. Sono state pertanto sviluppate metodiche non invasive tra le quali la più studiata è la misura dell'ossido nitrico nell'aria esalata (FENO), marker di infiammazione eosinofilica delle vie aeree. Altra promettente metodica non invasiva è rappresentata dall'analisi del condensato dell'aria espirata (EBC). Il condensato è un biofluido ottenuto mediante il raffreddamento dell'aria espirata. La composizione di tale biofluido rispecchia le caratteristiche del liquido di superficie delle vie aeree. Caratteristica fondamentale del condensato è che permette il dosaggio di diversi biomarkers, consentendo di indagare sui vari processi patogenetici coinvolti nelle malattie respiratorie. Recentemente, accanto alla possibilità di dosare singoli mediatori, è stata proposta la possibilità di analizzare il condensato mediante un approccio innovativo: l'analisi metabolomica. Questa biotecnologia si basa sull'applicazione di tecniche spettroscopiche (generalmente la spettroscopia basata sulla RNM e la spettrometria di massa) combinate con un'analisi statistica multivariata e permette di identificare profili metabolici caratteristici di un gruppo di soggetti, consentendo quindi la discriminazione sia tra sani e malati che tra soggetti con diversi fenotipi di malattia. Obbiettivo del presente progetto di ricerca, sviluppato attraverso 3 studi distinti, è stato l'applicazione della metodica non invasiva del condensato dell'EBC nello studio di patologie respiratorie di interesse pediatrico. Metodi e Risultati 1) Nel primo studio (Exhaled leukotriene B4 in children with community acquired pneumonia) l'EBC è stato utilizzato per la prima volta nella valutazione di bambini con polmonite acquisita in comunità (CAP). Il leucotriene B4 (LTB4), un potente agente chemiotattico dei neutrofili attivati, è stato dosato nell'EBC di 18 bambini con CAP. La concentrazione dell'LTB4 era aumentata in questi bambini rispetto a 17 controlli sani ed andava incontro a normalizzazione dopo una settimana di terapia antibiotica. Lo studio ha dimostrato che mediante la metodica dell'EBC è possibile monitorare in modo non invasivo l'andamento di un marcatore della risposta biologica del polmone alle infezioni respiratorie nei bambini. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Pediatric Pulmonology (Carraro S, et al. Exhaled leukotriene B4 in children with community acquired pneumonia. Pediatr Pulmonol. 2008;43:982-6). 2) Nel secondo studio (EIA and GC-MS analysis of 8-isoprostane in EBC of children with problematic asthma) abbiamo valutato l'8-isoprostano nell'EBC di bambini con asma ben controllato e con asma problematico, dimostrando concentrazioni più elevate di questo marker di stress ossidativo nei bambini con asma problematico. Tale dato apre la strada allo sviluppo di nuove strategie terapeutiche, mirate al controllo dello stress ossidativo, che potrebbero migliorare la gestione dell'asma problematico. Questo studio comprendeva anche una parte metodologica che consisteva nel confronto del dosaggio dell'8-isoprostano effettuato con metodica immunoenzimatica, che costituisce la tecnica più frequentemente utilizzata negli studi, e con gas comatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS), che rappresenta una metodica analitica di riferimento. Le due metodiche di analisi hanno dimostrato una riproducibilità accettabile, sebbene la CG-MS sia caratterizzata da maggiore accuratezza. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista European Repiratory Journal (Carraro S, et al. EIA and GC-MS analysis of 8-isoprostane in EBC of children with problematic asthma. Eur Respir J. 2009 Nov 6. [Epub ahead of print] doi:10.1183/09031936.00074909) 3) Il terzo studio (Metabolomic analysis of breath condensate in the characterization of asthma phenotypes in children) si è basato sull'applicazione dell'analisi metabolomica all'EBC per caratterizzare dal punto di vista metabolico diversi fenotipi di asma. L'analisi metabolomica, grazie alla sua natura non selettiva, permette il dosaggio contemporaneo di un numero molto elevato di metaboliti consentendo di individuare cluster di biomolecole coinvolte nella caratterizzazione di specifici gruppi di pazienti. Abbiamo dimostrato che l'analisi metabolomica è in grado di discriminare nettamente i bambini con asma lieve (trattati o meno con steroidi inalatori) da quelli con asma severo, suggerendo che un diverso profilo biochimico-infiammatorio sottende questi 2 fenotipi di asma. Nella caratterizzazione dei bambini con asma lieve, in particolare, è emersa come importante una variabile che identifica un metabolita appartenente alla famiglia dei prostanoidi. Per i bambini con asma severo, pur non essendo stata identificata una singola variabile caratterizzante, è emerso un profilo metabolico che nel suo insieme li distingue nettamente dagli altri gruppi. Studi ulteriori potrebbero confermare il ruolo di tali profili metabolici dell'EBC nella caratterizzazione precoce del fenotipo asmatico nei bambini. Conclusioni Il presente progetto di ricerca dimostra nel suo complesso che la metodica del condensato dell'aria espirata può essere applicata con successo in diverse malattie respiratorie pediatriche sia acute, quali la polmonite, che croniche, quali l'asma. Lo studio dell'8-isoprostano fornisce inoltre interessanti elementi metodologici, dimostrando una accettabile riproducibilità  tra la metodica immunoenzimatica e la GC-MS, sebbene quest'ultima abbia una maggiore accuratezza. Infine lo studio metabolomico rappresenta un significativo passo avanti nella caratterizzazione dei fenotipi di asma da un punto di vista biochimico-infiammatorio e apre la strada a nuovi studi che sfruttino questo approccio innovativo.