E-NOSE: AN INNOVATIVE TECHNOLOGY TO EVALUATE DIFFERENT RESPIRATORY PATTERNS IN PEDIATRIC POPULATION

Electronic nose (e-Nose) is an innovative biomimetic method that simulate the human olfactory system to identify the quality of odors, through a nano-sensor system in combination with specific processing algorithms. The instruments used are electronic devices characterized by complex architectures. The electronic nose can detect volatile organic compounds (VOCs) derives from hydrocarbons such as formaldehyde, methanol, ethanol, hydrogen sulphate, benzene, acetaldehyde, acetone, toluene, phenols produced during metabolic, inflammatory and oxidative stress. In general, this tool does not allow to identify a single VOC but defines the characteristics of a group of VOCs defining a specific profile. The sample to analyzed is exposed to the 32 nano-sensors resulting in the modification of the basal resistances and its electrical conductivity. There are several applications of this technology in the medical field in particular pneumology for the characterization of various disease (sarcoidosis, COPD, asthma, obstructive sleep disorders) as demonstrated by several studies on adult patients. In the literature, only a few studies have been conducted on pediatric subjects, particularly in patients undergoing mechanical ventilation, therefore data on spontaneous breathing is not available and standardization of the method in this age group is not yet available. The exhaled air contains more than 200 volatile organic substances (VOCs), many of which derive from the metabolism of endogenous substances and others from external contaminants (xenobiotic compounds). Exhaled air analysis is a new approach to evaluating metabolic disorders related to various diseases, eg. lung cancer, asthma, cystic fibrosis. The purpose of our study is assessing the feasibility of the method on pediatric patients and to define any limits in the collection of the samples. Then evaluate if there are different respiratory pattern due to a different composition of VOCs based on the respiratory pathology of the patient. 6 This study has laid the ground for further refinement in the standardization of exhaled sample collection in pediatric subjects and the evaluation of pediatric disease.

Il naso elettronico (e-Nose) rappresenta una metodica innovativa biomimetica che permette di simulare il sistema olfattivo umano nel verificare la qualità degli odori attraverso l’utilizzo di un sistema di nano-sensori in combinazione con specifici algoritmi di rielaborazione. Le strumentazioni utilizzate sono apparecchi elettronici caratterizzati da architetture complesse. Il naso elettronico è in grado di rilevare i composti organici volatili (VOCs) derivanti dagli idrocarburi come ad esempio formaldeide, metanolo, etanolo, solfato di idrogeno, benzene, acetaldeide, acetone, toluene, fenoli che vengono prodotti durante i processi metabolici, infiammatori e nello stress ossidativo. In linea generale tale strumento non permette di identificare un singolo VOC ma definisce le caratteristiche di un gruppo di VOCs attraverso la definizione di un profilo specifico. L’esposizione del campione da analizzare ai 32 sensori dello strumento provoca una modificazione delle resistenze basali modificandone la conduttività elettrica. Diverse sono le applicazioni di questa tecnologia nell’ambito medico in campo pneumologico per la caratterizzazione di diverse patologie (sarcoidosi, COPD, asma, patologie ostruttive del sonno) così come dimostrato da diversi studi su pazienti adulti. In letteratura solo pochi studi sono stati condotti su soggetti pediatrici, in particolare in pazienti sottoposti a ventilazione meccanica, pertanto non sono disponibili dati su pazienti in respiro spontaneo e non è ancora disponibile una standardizzazione della metodica in questa fascia di età. L’aria esalata, contiene più di 200 sostanze organiche volatili (VOCs) presenti in tracce, molte delle quali derivanti dal metabolismo di sostanze endogene ed altre provenienti da contaminazioni esterne (composti xenobiotici). L’analisi dell’aria espirata, rappresenta un nuovo approccio per la valutazione di alterazioni metaboliche legate a diverse malattie, es. tumore polmonare, asma, fibrosi cistica. Lo scopo del nostro studio è quindi quello valutare innanzitutto la fattibilità della metodica in ambito pediatrico e definirne eventuali limiti nella raccolta dei campioni. Successivamente valutare se possono esistere differenti pattern 8 respiratori riconducibili a una differente composizione di VOCs sulla base della patologia respiratoria del paziente. Questo studio ha gettato le basi per ulteriori approfondimenti nell’ambito della standardizzazione della raccolta del campione di esalato in soggetti e lo studio delle principali patologie pediatriche.