Омиксные технологии в скрининге повреждения почек у детей с врожденными уропатиями

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование: Первичный пузырно-мочеточниковый рефлюкс (ПМР)–наиболее распространенная врожденная уропатия (ВУ) у детей, приводящая к развитию рефлюкс-нефропатии и хронической болезни почек, достигающей терминальной стадии у 25-60% пациентов. Недостаточная чувствительность существующих методов инструментальной и лабораторной диагностики начальных этапов повреждения почечной паренхимы диктует необходимость разработки новых неинвазивных технологий скрининга и мониторинга состояния почек у пациентов с ВУ.

Цель исследования: оценить возможность разделения групп здоровых детей и детей с повреждением почек при ВУ на основе анализа масс-спектров летучих органических соединений (ЛОС, волатолом) образцов мочи, зарегистрированных без пробоподготовки при нормальных условиях.

Методы: Проведено исследование образцов мочи 42 пациентов (средний возраст 5,4+2,3 года), разделённых на 2 группы: 1 группа – 24 ребенка с ВУ (ПМР II-V степени), 2 группа сравнения - 18 пациентов с малой хирургической патологией без патологии мочевыделительной системы. Сбор мочи осуществлялся до начала лечения. Анализ состава ЛОС образцов проводился методом экспресс-анализа биологических объектов при атмосферном давлении без предварительной подготовки с помощью масс-спектрометра с ионизацией ЛОС излучением лазерной плазмы. Мочевые уровни маркёров воспаления (MCP-1, IL-8, IL-18), ангиогенеза (VEGF) и фиброза (TGF-β1) измерялись методом твердофазного ИФА.

Результаты: У пациентов 1 группы с ВУ (ПМР) при анализе масс-спектров были выявлены изменения состава ЛОС мочи, которые позволили отличить эти образцы от 2 группы сравнения. Уровень креатинина и скорость клубочковой фильтрации (СКФ) в обеих группах не имели статистических отличий. В моче детей с ВУ (ПМР) наблюдалось повышение концентрации маркеров воспаления MCP-1, IL-18, IL-8, ангиогенеза VEGF и фиброза TGF- β1 (р<0,001). У пациентов 1 группы с ВУ (ПМР) концентрация маркеров не зависела от степени рефлюкса.

Заключение: Проведенное исследование показало, что в регистрируемых масс-спектрах существует набор пиков, по которым возможно разделение групп здоровые – больные, и продемонстрировало потенциал масс-спектрометрического анализа волатолома для обнаружения повреждения почек у детей с ВУ. Использование стандартных анализов креатинина и СКФ  не позволило найти пороговое значение, которое позволяло разделить группы больные - здоровые. Повышение в моче детей с ВУ биомаркеров воспаления, ангиогенеза и фиброза подтверждало наличие персистирующего повреждения почек, гипоксии паренхимы, активации фиброза и воспаления в ней у детей с ВУ.

Об авторах

Айгуль Булатовна Бухарина

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: ay15@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3627-3302
SPIN-код: 3189-1112
Россия, Москва

Анастасия Олеговна Федулкина

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)

Email: n.fedulkina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6232-2123

студентка

Россия, Москва

Кармина Насимджоновна Демидова

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)

Email: negmatova.karmina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4638-6370
SPIN-код: 9281-4273
Россия, Москва

Андрей Владимирович Пенто

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: pentan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5122-8265
SPIN-код: 6035-3748

к.ф.-м.н.

Россия, Москва

Лариса Дмитриевна Мальцева

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)

Email: lamapost@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4380-4522
SPIN-код: 7725-2499

к.м.н., доцент

Россия, Москва

Ярослав Олегович Симановский

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: yaroslav@kapella.gpi.ru
ORCID iD: 0000-0003-0779-1135
SPIN-код: 3438-9329

к.т.н.

Россия, Москва

Сергей Михайлович Никифоров

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: 15925@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7510-4355
SPIN-код: 9359-0557

к.ф.-м.н.

Россия, Москва

Ольга Леонидовна Морозова

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: morozova_ol@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-2453-1319
SPIN-код: 1567-4113
Scopus Author ID: 55805379800
ResearcherId: R-9125-2017

д.м.н., профессор

Россия, Москва

Список литературы

  1. Morris AP, Le TH, Wu H, et al. Trans-ethnic kidney function association study reveals putative causal genes and effects on kidney-specific disease aetiologies. Nat Commun. 2019;10(1):29. doi: 10.1038/s41467-018-07867-7
  2. Macioszek S, Wawrzyniak R, Kranz A, et al. Comprehensive Metabolic Signature of Renal Dysplasia in Children. A Multiplatform Metabolomics Concept. Front Mol Biosci. 2021;8:665661. doi: 10.3389/fmolb.2021.665661
  3. Hajiyev P, Burgu B. Contemporary Management of Vesicoureteral Reflux. Eur Urol Focus. 2017;3(2-3):181-188. doi: 10.1016/j.euf.2017.08.012
  4. Fillion ML, Watt CL, Gupta IR. Vesicoureteric reflux and reflux nephropathy: from mouse models to childhood disease. Pediatr Nephrol. 2014;29(4):757-766. doi: 10.1007/s00467-014-2761-3
  5. Chertin B, Abu Arafeh W, Kocherov S. Endoscopic correction of complex cases of vesicoureteral reflux utilizing Vantris as a new non-biodegradable tissue-augmenting substance. Pediatr Surg Int. 2014;30(4):445-448. doi: 10.1007/s00383-014-3468-z
  6. Nickolas TL, Barasch J, Devarajan P. Biomarkers in acute and chronic kidney disease. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2008;17(2):127-132. doi: 10.1097/MNH.0b013e3282f4e525
  7. Хворостов И.Н., Смирнов И.Е., Кучеренко А.Г. и др. Нефросцинтиграфия и цитокины в диагностике поражений почек при пузырно-мочеточниковом рефлюксе у детей. Российский педиатрический журнал. 2013;(2):20-26.
  8. Zhang WR, Parikh CR. Biomarkers of Acute and Chronic Kidney Disease. Annu Rev Physiol. 2019;81:309-333. doi: 10.1146/annurev-physiol-020518-114605
  9. Drabińska N, Flynn C, Ratcliffe N, et al. A literature survey of all volatiles from healthy human breath and bodily fluids: the human volatilome. J Breath Res. 2021;15(3). doi: 10.1088/1752-7163/abf1d0
  10. Krzemień G, Szmigielska A, Turczyn A, Pańczyk-Tomaszewska M. Urine interleukin-6, interleukin-8 and transforming growth factor β1 in infants with urinary tract infection and asymptomatic bacteriuria. Cent Eur J Immunol. 2016;41(3):260-267. doi: 10.5114/ceji.2016.63125
  11. Konda R, Sato H, Sakai K, Abe Y, Fujioka T. Urinary excretion of vascular endothelial growth factor is increased in children with reflux nephropathy. Nephron Clin Pract. 2004;98(3):c73-78. doi: 10.1159/000080676
  12. de Lacy Costello B, Amann A, Al-Kateb H, et al. A review of the volatiles from the healthy human body. J Breath Res. 2014;8(1):014001. doi: 10.1088/1752-7155/8/1/014001
  13. Datta S, Depadilla L. Feature selection and machine learning with mass spectrometry data for distinguishing cancer and non-cancer samples. Statistical Methodology. 2006;3:79-92. doi: 10.1016/j.stamet.2005.09.006
  14. Zoccali M, Tranchida PQ, Mondello L. Fast gas chromatography-mass spectrometry: A review of the last decade. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2019;118:444-452. doi: 10.1016/j.trac.2019.06.006
  15. Лисица А.В., Пономаренко Е.А., Лохов П.Г., Арчаков А.И. Постгеномная медицина: альтернатива биомаркерам. Вестник Российской академии медицинских наук. 2016;71(3):255-260.
  16. Pento AV, Nikiforov SM, Simanovsky YO, Grechnikov AA, Alimpiev SS. Laser ablation and ionisation by laser plasma radiation in the atmospheric-pressure mass spectrometry of organic compounds. Quantum Electron. 2013;43(1):55-59. doi: 10.1070/QE2013v043n01ABEH015065
  17. Pento AV, Bukharina AB, Nikiforov SM, et al. Laser-induced plasma on a metal surface for ionization of organic compounds at atmospheric pressure. International Journal of Mass Spectrometry. 2021;461:116498. doi: 10.1016/j.ijms.2020.116498
  18. Smith D, Španěl P. Selected ion flow tube mass spectrometry (SIFT-MS) for on-line trace gas analysis. Mass Spectrom Rev. 2005;24(5):661-700. doi: 10.1002/mas.20033
  19. Krzemień G, Szmigielska A, Turczyn A, Pańczyk-Tomaszewska M. Urine interleukin-6, interleukin-8 and transforming growth factor β1 in infants with urinary tract infection and asymptomatic bacteriuria. Cent Eur J Immunol. 2016;41(3):260-267. doi: 10.5114/ceji.2016.63125
  20. Elner SG, Strieter RM, Elner VM, Rollins BJ, Del Monte MA, Kunkel SL. Monocyte chemotactic protein gene expression by cytokine-treated human retinal pigment epithelial cells. Lab Invest. 1991;64(6):819-825.
  21. Kiyici S, Erturk E, Budak F, et al. Serum monocyte chemoattractant protein-1 and monocyte adhesion molecules in type 1 diabetic patients with nephropathy. Arch Med Res. 2006;37(8):998-1003. doi: 10.1016/j.arcmed.2006.06.002
  22. Gültekin ND, Benzer M, Tekin-Neijmann Ş. Is there any relation between connective tissue growth factor and scar tissue in vesicoureteral reflux? Turk J Pediatr. 2019;61(1):71-78. doi: 10.24953/turkjped.2019.01.011
  23. Eliuk S, Makarov A. Evolution of Orbitrap Mass Spectrometry Instrumentation. Annu Rev Anal Chem (Palo Alto Calif). 2015;8:61-80. doi: 10.1146/annurev-anchem-071114-040325
  24. Boring L, Gosling J, Chensue SW, et al. Impaired monocyte migration and reduced type 1 (Th1) cytokine responses in C-C chemokine receptor 2 knockout mice. J Clin Invest. 1997;100(10):2552-2561. doi: 10.1172/JCI119798
  25. Dimke H, Sparks MA, Thomson BR, Frische S, Coffman TM, Quaggin SE. Tubulovascular cross-talk by vascular endothelial growth factor a maintains peritubular microvasculature in kidney. J Am Soc Nephrol. 2015;26(5):1027-1038. doi: 10.1681/ASN.2014010060
  26. Morozova O, Morozov D, Pervouchine D, et al. Urinary biomarkers of latent inflammation and fibrosis in children with vesicoureteral reflux. Int Urol Nephrol. 2020;52(4):603-610. doi: 10.1007/s11255-019-02357-1
  27. Wu CF, Chiang WC, Lai CF, et al. Transforming growth factor β-1 stimulates profibrotic epithelial signaling to activate pericyte-myofibroblast transition in obstructive kidney fibrosis. Am J Pathol. 2013;182(1):118-131. doi: 10.1016/j.ajpath.2012.09.00
  28. Gültekin ND, Benzer M, Tekin-Neijmann Ş. Is there any relation between connective tissue growth factor and scar tissue in vesicoureteral reflux? Turk J Pediatr. 2019;61(1):71-78. doi: 10.24953/turkjped.2019.01.011
  29. Tokarchuk N, Vyzhga Y, Tokarchuk V, Garibeh E. [FIBROTIC MARKERS IN INFANTS WITH PYELONEPHRITIS]. Georgian Med News. 2019;(288):44-48.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема масс-спектрометра с устройством ввода ЛОС: 1 — времяпролетный масс-спектрометр рефлектрон; 2 — лазерная плазма, создаваемая импульсным излучением лазера; 3 — металлическая мишень; 4 — импульсный Nd: YAG-лазер; 5 — линза с фокусным расстоянием 5 см; 6 — камера ионизации; 7 — пробирка с пробой мочи, установленная на пневморазъем

Скачать (56KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость полного ионного тока от времени при исследовании проб мочи: 1 — участок вытеснения воздуха в пробирке аргоном, длительность ~ 30 с (закрашен синим); 2 — участок записи стабильного масс-спектра, длительность ~ 120 с (закрашен красным) и при установке пустой пробирки (незакрашенная область). На врезке показан единичный масс-спектр пробы мочи

Скачать (87KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результат применения метода главных компонент к анализу масс-спектров ЛОС мочи больных (синие точки) и здоровых (красные точки)

Скачать (78KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сравнение результатов масс-спектрометрического анализа ЛОС и теста на креатинин и СКФ: А — сравнение с тестом на креатинин; Б — сравнение с тестом на СКФ

Скачать (163KB)
Метаданные

© Издательство "Педиатръ", 2022

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».