利用呼出气体的肺癌的非侵入性检测制造技术

提供一种检测或筛查对象样本中肺癌的非侵入性方法。该方法包括检测来自对象样本的呼出气体中为肺癌生物标志物的一种或更多种含羰基的挥发性有机化合物(VOC)的升高水平。该方法还可以包括从对象样本获得呼出气体；形成含羰基的VOC与反应性化合物的加合物；对含羰基的VOC的加合物进行定量以确定每一种加合物的对象值；和比较每个对象值与含羰基的VOC的每一种加合物的健康样本阈值。数量上大于健康样本阈值的一个或更多个对象值也可用于对象样本中肺癌的筛查。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 政府资助支持条款 本专利技术是在由国家科学基金授予的资助奖金1159829号的政府支持下完成的。政 府拥有本专利技术的一定权利。 相关申请的交叉引用 根据37 C. F. R. § I. 78(a)，本申请要求2013年8月28日提交的在先提交且同样 未决的临时申请第61/871，024号的利益和优先权，其明确地通过引用完整地并入本文。
本专利技术涉及用于检测和筛查癌症的非侵入性方法，更具体地涉及用于检测和筛查 肺癌疾病的非侵入性方法。
技术介绍
肺癌是世界范围的死亡的主要原因，但是肺癌的早期检测是提高肺癌患者生存率 的关键因素。目前，CT和支气管镜检是通过识别肺部结节以用于肺癌检测的主要技术，如 果满足特定的预定标准，则对肺部结节进行侵入性活检以确定结节的病理学。最近的美国 国家肺癌筛查试验发现重度吸烟者的定期计算机化断层显像（CT)筛查可以降低肺癌死亡 率多达20 %。然而，发病率、成本和因追查非恶性的肺部结节和腺病而招致的偶然死亡率抵 消了该益处。因此，随着用于肺癌的计算机化断层显像（CT)扫描筛查的出现和越来越多地 被接受，区分良性与恶性胸内疾病的重要性不断增加。相应地，开发使不患有重大疾病的患 者的诊断负担最小化同时加快实际患有肺癌的患者的治疗的可靠方法是重要的。 在近几年，因为呼出气体的分析对于非侵入性健康诊断的适用性，其已经成为国 际研宄前沿。已经开发了分析呼出气体的几种方法，包括例如使用传感器阵列、质子转移反 应质谱（PTR-MS)、选择离子流动管质谱（SIFT-MS)和气相-质谱（GC-MS)。尽管呼出气体 中一些挥发性有机化合物（VOC)已经被报道为潜在的肺癌生物标志物，但是因为缺少用于 可靠地预测肺癌疾病状态的癌症特定VOC标记，所以还没有临床采用用于诊断的呼气分析 方法。 此外，在已经在人类呼气中识别了超过1700种内源性挥发性有机化合物（VOC)的 情况下，分析呼出气体的癌症指示生物标志物、即排出的代谢产物是个艰巨的任务。另外， 这些内源性VOC中许多以小于用于检测和/或识别它们的检测方法的实验误差的量存在于 呼出气体中。例如，呼气中的许多VOC范围为万亿分之几 （PPt)至十亿分之几（ppb)浓度； 呼气样品中的许多化学物质的浓度是有效V0C、如水蒸气和二氧化碳的浓度的数百万倍，可 能需要将它们去除以避免使多数分析仪器不能使用。另外，呼气是化学上多种多样的混合 物，其含有醇、酮和醛的类似物/同系物/同分异构混合物，这使得疾病生物标志物的识别 复杂化；且呼气中的VOC可能包含非代谢成分，这可能在呼气分析中引入错误的生物标志 物。 因此，为了有效且准确地分析呼气中的VOC以检测或识别疾病状态，有多个障碍 要克服。要克服的第一障碍是所关注VOC的浓缩。从稀的气体样品中浓缩一种或更多种所 关注VOC的一般方法集中在以下之一：化学方法、低温方法和吸附方法。第二障碍是识别生 物标志物之间的特定关系和/或特定生物标志物的量，这可能与疾病状态的存在的高度确 定性、低概率的假阴性相关。 因此，考虑到检测/识别和筛查肺癌的传统方法的缺点和挑战，存在对新的非侵 入性方法的需求。
技术实现思路
本专利技术的实施方案提供用于检测或筛查肺癌的方法。 根据本专利技术的一个实施方案，提供用于检测或筛查对象样本中的肺癌疾病状态的 非侵入性方法。该方法包括对来自对象样本的呼出气体中为肺癌生物标志物的一种或更多 种含羰基的挥发性有机化合物（VOC)的水平进行定量，和如果一种或更多种含羰基的VOC 的水平升高至高于其各自的健康样本阈值，则将该对象样本诊断为具有肺癌疾病状态的可 能性。在一个实施方案中，含羰基的VOC是由脱水反应形成的反应性化学物质的加合物。含 羰基的VOC生物标志物选自2- 丁酮、2-羟基乙醛、3-羟基-2- 丁酮、4-羟基-2-己烯醛、 4-羟基-2-壬烯醛和C5HltlO化合物的混合物，所述C 5HltlO化合物包括2-戊酮和戊醛。升高 的生物标志物的数量与肺癌的可能性相关，意思是越多升高的生物标志物涉及增加的肺癌 可能性。 根据另一个实施方案，提供筛查对象样本中的肺癌疾病状态的方法，该方法包括 以下步骤：从对象样本获得呼出气体，其中所述呼出气体包含多种含羰基的挥发性有机化 合物（VOC);形成多种含羰基的VOC与反应性化合物的加合物；对多种含羰基的VOC中每一 种的每一种加合物进行定量以确定每一种加合物的对象值；和将每个对象值与多种含羰基 的VOC的加合物中每一种的健康样本阈值进行比较以确定数量上大于其各自健康样本值 范围的一种或更多种对象值的存在，由此指示对象样本中肺癌疾病状态的实质可能性，健 康样本阈值对应于由健康样本计算的值。适合于使用本文所述方法的检测的肺癌的示例性 类型包括但不限于小细胞肺癌（SCLC)、非小细胞肺癌（NSCLC)、鳞状细胞癌和腺癌。在其他 实施方案中，两种或更多种、或三种或更多种、或四种或更多种对象值升高至高于它们各自 的健康样本值。 根据另一个实施方案，提供检测对象样本中的肺癌疾病状态的非侵入性方法，该 方法包括以下步骤：浓缩从对象样本获得的呼出气体中所包含的多种含羰基的挥发性有机 化合物（V0C)，其中所述多种含羰基的VOC选自：2_ 丁酮、2-羟基乙醛、3-羟基-2-丁酮、 4-羟基-2-己烯醛、4-羟基-2-壬烯醛和C5HltlO化合物的混合物，所述C 5HltlO化合物包括 2_戊酮和戊醛，所述含羰基的挥发性有机化合物与反应性化合物形成加合物；对多种含羰 基的VOC的加合物进行定量以确定多种含羰基的VOC的加合物中的每一成员的对象值；和 将多种含羰基的VOC的加合物中的每一成员的对象值与多种含羰基的VOC的加合物中的每 一成员的健康样本阈值进行比较以确定数量上大于其各自健康样本值范围的一种或更多 种对象值的存在，由此指示对象样本中肺癌疾病状态的实质可能性。在另一个实施方案中， 两种或更多种、或三种或更多种、或四种或更多种对象值升高至高于它们各自的健康样本 值。在另一个实施方案中，多种含羰基的VOC选自2-丁酮、2-羟基乙醛、3-羟基-2-丁酮 和4-羟基-2-己烯醛。 根据另一个实施方案，如以下更详细描述的，通过对呼出气体中的4-羟基-2-壬 烯醛和/或C 5HltlO化合物的混合物进行定量可以区别各种类型的肺癌，所述C5HltlO化合物包 括2-戊酮和戊醛，和/或通过对呼出气体中的2- 丁酮进行定量可以指示癌症疾病状态的 分期。【附图说明】 并入本说明书并构成其一部分的附图示出了本专利技术的实施方案，并且与以上给出 的本专利技术的一般说明和以下给出的详细说明一起用来说明本专利技术。 图1是根据本专利技术的一个实施方案的用于浓缩空气样品或气态呼气样品中含羰 基的VOC的不意设置。 图2A是示出适合于在图1中所示的示意图中使用的连接至两个熔融石英管的预 浓缩器；该预浓缩器显示为放置在美国一角硬币上以指示其尺寸。 图2B是示出在图2A中所示的预浓缩器内的微柱阵列的扫描电子显微照片。 图3是通过分析从（a)肺癌患者、（b)吸烟者对照和（c)非吸烟者对照获得的呼 气样品得到的三个FT-ICR-MS谱图的比较。 图4A是示出未患癌症的对象和患有疾病进展不同阶段的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测对象样本中肺癌疾病状态的非侵入性方法，所述方法包括以下步骤：从所述对象样本获得呼出气体，其中所述呼出气体包含多种含羰基的挥发性有机化合物(VOC)；形成多种含羰基的VOC与反应性化合物的加合物；对所述多种含羰基的VOC中的每一种的每一种加合物进行定量以确定每一种加合物的对象值；和将每个对象值与所述多种含羰基的VOC的每一种加合物的健康样本阈值进行比较以确定数量上大于其各自健康样本阈值的一个或更多个对象值的存在，由此指示所述对象样本中肺癌疾病状态的实质可能性，所述健康样本阈值对应于由健康样本计算的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅小安，迈克尔·南茨，迈克尔·布萨姆拉，
申请(专利权)人：路易斯威尔大学研究基金会有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US