© Borgis - Nowa Pediatria 2/2011, s. 37-41
*Joanna Kałużna-Czaplińska, Ewa Socha, Jacek Rynkowski
Wartość badań chromatograficznych we wczesnym rozpoznaniu zaburzeń rozwojowych u dzieci na przykładzie autyzmu**
The value of chromatographic research in early diagnosis of developmental disorders in children as an example of autism
Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej, Wydział Chemiczny Politechniki Łódzkiej
Dyrektor Instytutu: prof. dr hab. Jacek Rynkowski
Summary
One of the applications of metabolomic study is the determination of biomarkers of disease and assessment of effectiveness of research in therapy. In medical diagnostics of different diseases organics acids are used as biomarkers. They can be determined in tissue and body fluids. Because the collection of urine is very simple and non-invasive it is most often used in research. The metabolic profile can become very a valuable tool in the screening of autism biomarkers. Autism appears during the first 3 years of life. Patients with autistic symptoms show social and communicative deficits and delays, intentional disturbances, and stereotypical and repetitive behaviors. The diagnosis of autism is founded on psychological and medical history. There are no biomedical tests which allow early detection of disease before the appearance of the first symptoms. Chromatographic techniques, especially coupled with mass spectrometry, can be useful in the individual diagnosis and treatment of autism. The personal research on the basis of levels of organic acids is a new way of medical intervention in autism.
Wartość to cecha właściwa dla danej osoby lub rzeczy, mówiąca o jej walorach materialnych, mentalnych, artystycznych cennych dla ludzi. Wartość prowadzonych badań naukowych można również rozważać i oceniać w aspekcie przydatności wyników badań do zastosowań praktycznych, służących ochronie człowieka, a także stworzeniu efektywnej terapii, diety dla organizmu dotkniętego zaburzeniem, chorobą.
Człowiek to nie tylko doskonały układ komórek, tkanek i narządów powiązanych ze sobą ścisłymi zależnościami fizyko-chemicznymi wraz z niezmiernie skomplikowaną i subtelną sferą psychiczną, ale także jednostka biologiczna. A tak pojmowany organizm ludzki stanowi tylko element biosfery i jest ściśle powiązany z otaczającym go środowiskiem. Pomiędzy środowiskiem a organizmem człowieka istnieje dynamiczna równowaga. Każdy organizm musi zaadaptować się do zmieniających się nieustannie warunków środowiska zewnętrznego, jednocześnie utrzymywać stałość swojego środowiska wewnętrznego. Zarówno poszczególne komórki naszego organizmu, jak i całe układy oraz narządy uczestniczą w utrzymywaniu homeostazy. Homeostaza jest niezbędnym warunkiem zdrowia (prawidłowego funkcjonowania) organizmu, a co za tym idzie, choroby u swego podłoża mają zaburzenia mechanizmów utrzymywania homeostazy. W wiekach XX i XXI naukowcy, aby poszukiwać coraz to lepszych odpowiedzi na nurtujące pytania związane z zaburzeniami i chorobami, zaczęli opracowywać strategie i układać coś, co możemy nazwać dziś piramidą (kaskadą życia). W świecie naukowym używany jest nowy termin technologie „omics” (1). Nowe technologie i bioinformatyczne narzędzia oferują ogromne możliwości badań między innymi nad zależnością pomiędzy odżywianiem i metabolizmem (ryc. 1).
Ryc. 1. „Kaskada życia”.
Genomica zajmuje się badaniem genomów, czyli kompletnej informacji genetycznej danego organizmu. Można śmiało powiedzieć, że jest kontynuacją genetyki molekularnej. Ważnym krokiem w badaniach nad chorobami i zaburzeniami był projekt Human Genom Project rozpoczęty w 1990 roku przez Departament Energii USA i Narodowy Instytut Zdrowia. W kwietniu 2003 roku opublikowano dokument stwierdzający zakończenie sekwencjonowania 99% genomu z trafnością 99,9%. Dało to początek badaniom, których istotą rzeczy jest poznanie białek, które są kodowane przez geny. To białka są podstawą funkcjonowania naszego organizmu, bez nich nie mogą zachodzić procesy fizjologiczne. Nic zatem dziwnego, że w 2000 roku rozpoczęto kolejny Projekt Poznania Ludzkiego Proteomu. Zaczęła również rozwijać się nowa gałąź biologii molekularnej, proteomika – nauka zajmująca się badaniem organizacji, składu oraz budowy ogółu białek organizmu (tzw. proteomu). Proteomika szczególnie przydatna jest w wykrywaniu i leczeniu nowotworów. Jeszcze głębsze i bardziej szczegółowe poznanie organizmów (przede wszystkim człowieka) daje metabolomika.
Metabolomika, a więc opisanie ludzkiego metabolomu (zestaw wszystkich metabolitów) będzie jeszcze trudniejszym wyzwaniem niż opisanie genomu i proteomu, ponieważ jest to zestaw milionów związków z różnych klas, m.in.: peptydów, lipidów, aminokwasów. Ale dzięki badaniom metabolomicznym i innym z kaskady „omics” możliwe jest określenie fenotypu (1, 2). Badania metaboliczne wskazują, że ciągłe zmiany są regulowane nie tylko przez ekspresję genu, ale także mogą być wynikiem narażenia środowiskowego (stresu środowiskowego) i dlatego badania metabolitów mają poważne znaczenie w przypadku wielu zaburzeń, a ponadto w porównaniu do proteomiki eksperymenty są zdecydowanie tańsze.
W płynach ustrojowych, np. moczu mogą pojawić się określone związki chemiczne lub ich metabolity określane jako biomarkery. Biomarkery są wskaźnikami zmian, jakie mogą zachodzić w układach biologicznych w wyniku oddziaływania różnych czynników szkodliwych o bardzo zróżnicowanych budowie i pochodzeniu. Najlepsze zdefiniowanie pojęcia „biomarker” podaje światowa organizacja zdrowia (World Health Organization – WHO). Według tej definicji biomarkerem jest każdy pomiar interakcji zachodzącej w systemach biologicznych z potencjalnymi zagrożeniami, mogącymi mieć charakter chemiczny, fizyczny lub biologiczny (3). Biomarkery stanowią konkretne ogniwa tzw. sekwencji wydarzeń zapoczątkowanej np. ekspozycją na czynniki szkodliwe, a zakończonej skutkiem zdrowotnym, czyli konkretną chorobą. Istnieje przekonanie, że każda choroba ma biochemiczne uzasadnienie, biochemiczny wskaźnik.
Badania biomonitoringowe przeprowadzone przez WHO w roku 2003 (4) wykazały, że niezależnie od tego, gdzie żyjemy, jesteśmy narażeni na kontakt z różnymi zanieczyszczeniami. Niektóre z nich mogą mieć negatywny wpływ na mózg i cały układ nerwowy, zwłaszcza małych dzieci. Kontakt z neurotoksynami rozpowszechnionymi w środowisku jest najbardziej prawdopodobną przyczyną licznych i różnorodnych przypadków zaburzeń i upośledzeń umysłowych, które obecnie klasyfikowane są jako powstające „z przyczyn nieznanych”. Badania wskazują, że neurotoksyny mogą być podstawową przyczyną coraz częstszych wśród dzieci problemów z nauką, z zachowaniem oraz problemów behawioralnych. W 2004 roku Komisja Europejska wyraziła zaniepokojenie i ostrzegła, że występowanie nieprawidłowości rozwojowych, takich jak trudności z nauką, opóźnienie intelektualne i zespół nadpobudliwości psychoruchowej z zaburzeniami uwagi, czy autyzm są na tyle powszechne, by stanowić już znaczny problem w dziedzinie zdrowia publicznego (5).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
24 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
59 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
119 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 28 zł
Piśmiennictwo
1. Bilello JA: The agony and ecstasy of "OMIC" technologies in drug development. Curr Mol Med 2005; 5 (1): 39-52. 2. Griffin JL: Metabolic profiles to define the genome: can we hear the phenotypes? Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2004; 359 (1446): 857-871. 3. Trull AK, Demers LM, Holt DW et al.: Biomarkers of disease. Cambridge University, United Kingdom 2002. 4. WHO (Europe) (Ed.), 2005. Children’s health and environment. Developing action plans. /http://www.euro.who.int/document/E86888.pdf. 5. O’Reilly SB: Continuous medical education (CME): Do we need CME for paediatric environmental medicine in Europe? Int J Hyg Environ Health 2007; 210: 531-534. 6. Lidsky TI, Schneider JS: Autism and Autistic Symptoms Associated with Childhood Lead Poisoning. The Journal of Applied Research 2005; 5 (1): 80-87. 7. Lathe R: Environmental Factors and Limbic Vulnerability in Childhood Autism. Am J Biochem Biotechnol 2008; 4 (2): 183-197. 8. Bölte S, Poustka F: Genetic, Environmental and Immunologic Factors in the Etiology of Autism Spectrum Disorders. Neuroembryology 2003; 2: 175-179. 9. Centers for Disease Control and Prevention: Prevalence of Autism Spectrum Disorders – Autism and Developmental Disabilities Monitoring Network, United States, 2006. Morbidity and Mortality Weekly Report 2009; 58 (SS10): 1-20. 10. Pietras T, Witusik A, Gałecki P: Autyzm – epidemiologia, diagnoza i terapia. CONTINUO, Wrocław 2010. 11. Yatesa K, Couteura AL: Diagnosing autism. Paediatrics and Child Health 2009; 19 (2): 55-59. 12. Juneja M, Mukherjee SB, Sharma S: A descriptive hospital based study of children with autism. Indian Pediatr 2005; 42 (5): 453-458. 13. Hughes JR: Update on autism: a review of 1300 reports published in 2008. Epilepsy Behav 2009; (4): 569-589. 14. Polkowska Ż, Kozłowska K, Namieśnik J: Płyny biologiczne jako źródło informacji o narażeniu człowieka na środowiskowe czynniki chemiczne. Namieśnik J, Chrzanowski W, Szpinek P: Nowe horyzonty i wyzwania w analityce i monitoringu środowiskowym. CCEAM, Gdańsk 2003, 578-598. 15. Koek MM, Bakels F, Engel W et al.: Metabolic profiling of ultrasmall sample volumes with GC/MS: from microliter to nanoliter samples. Anal Chem 2010; 82 (1): 156-162. 16. Muth D, Kachlicki P, Stobiecki M: Spektrometria mas – możliwości wykorzystania w badaniach metabolomu roślinnego. Biotechnologia 2007; 1 (76): 156-175. 17. Kałużna-Czaplińska J, Grys W, Rynkowski J: Techniki łączone oparte na spektrometrii mas we współczesnych badaniach klinicznych. Medycyna Rodzinna 2009; 1: 15-21. 18. Dettmer K, Aronov PA, Hammock BD: Mass spectrometry-based metabolomics. Mass Spectrom Rev 2007; 26 (1): 51-78. 19. Kimura M, Yamamoto T, Yamaguchi S: Automated metabolic profiling and interpretation of GC/MS data for organic acidemia screening: a personal computer-based system. Tohoku J Exp Med 1999; 188 (4): 317-334. 20. Suh JW, Lee SH, Chung BC: GC-MS determination of organic acids with solvent extraction after cation-exchange chromatography. Clin Chem 1997; 43 (12): 2256-2261. 21. Kumps A, Duez P, Mardens Y: Metabolic, nutritional, iatrogenic, and artifactual sources of urinary organic acids: a comprehensive table. Clin Chem 2002; 48 (5): 708-717. 22. Hyland K: Disorders of Neurotransmitter Metabolism. Blau N, Duran M, Blaskovics ME, Gibson KM: Physician's Guide to the Laboratory Diagnosis of Metabolic Diseases. Chapman and Hall, Germany 1996, 107-122. 23. Previc FH: Prenatal influences on brain dopamine and their relevance to the rising incidence of autism. Med Hypotheses 2007; 68: 46-60. 24. Newport DJ, Nemeroff ChB: Neurobiology of posttraumatic stress disorder. Current Opinion in Neurobiology 2000; 10: 211-218. 25. Fukuda M, Hata A, Niwa SI et al.: Plasma vanillylmandelic acid level as an index of psychological stress response in normal subjects. Psychiatry Res 1996; 63: 7-16. 26. Kałużna-Czaplińska J, Socha E, Rynkowski J: Determination of homovanillic acid and vanillylmandelic acid in urine of autistic children by gas chromatography/mass spectrometry. Med Sci Monit 2010; 16 (9): 445-450. 27. Hughes DM, Cunningham MM, Libretto SE: Risperidone in children and adolescents with autistic disorder and aggressive behavior. The British Journal of Developmental Disabilities 2002; 48 (2): 113-122. 28. Stier PA, Gordon RA: Psychiatric aspects of mercury poisoning. Medical Update for Psychiatrists 1998; 3: 144-147. 29. Durczok A, Szkilnik R, Brus R et al.: Effect of organic mercury exposure during early stage of ontogenic development on the central dopaminergic system in adult rats. Pol J Environ Stud 2002; 11: 307-314. 30. Bernard S, Enayati A, Redwood L: Autism: a novel form of Mercury poisoning. Med Hypotheses 2001; 56: 462-471. 31. Kałużna-Czaplińska J, Grys W, Rynkowski J: Neurotoxic factors in the child’s environment as a reason for developmental disorders in autism. Nowa Pediatria 2008; 3: 50-57. 32. Collins RA: Biomedical intervention and prospects for recovery from autism. Biomedical Scientist 2006; 50 (11): 954-979. 33. Kałużna-Czaplińska J, Socha E, Michalska M et al.: Urinary level of homovanillic acid and mercury in autistic children. Toxicol Environ Chem 2010; 1: 1-8.
