Approccio metabonomico per l'identificazione di nuovi biomarkers per lo screening di patologie epatiche e asmatiche nel bambino

Metabonomics is an extension of genomics, transcriptomics and proteomics. It studies the multiparametric metabolic responses of living systems and their evolution over time in response to pathophysiological stimuli and genetic or environmental modifications, investigating, through a holistic approach, the whole metabolic profile of a biological sample. Numerous studies have reported applications to the characterization of human metabolism, thus providing important information on the development of diseases and to identify prognostic and diagnostic biomarkers. Several analytical platforms are used in metabonomics studies: among them, of particular interest are nuclear magnetic resonance spectrometry (NMR) and mass spectrometry (MS), generally coupled with chromatographic techniques. The processing of the complex spectral data using multivariate statistical analysis, allows the classification of samples into groups (eg healthy and diseased, or phenotypes) and the identification of the key signals in the spectrum responsible for the discrimination between samples. The identification of the actual molecular structures underlying the selected spectral signals and their use as biomarkers is probably the greatest current challenge for researchers involved in metabonomics studies. The objective of this research project, developed through four distinct studies, is the application of metabonomics approach, using analytical platforms based on nuclear magnetic resonance (NMR) and mass spectrometry (MS), on non-invasive body fluids as urine and exhaled breath condensate (EBC), in order to characterize useful biomarkers for diagnosis and follow-up of childhood respiratory diseases and cholestatic liver disease in newborns and during pregnancy (ICP).

La metabonomica è un’estensione della genomica, della trascrittomica e della proteomica. Essa studia le risposte metaboliche multiparametriche dei sistemi viventi e la loro evoluzione nel tempo, in risposta a stimoli fisiopatologici, a modificazioni genetiche o ambientali, indagando, tramite un approccio olistico, l’intero profilo metabolico di un campione biologico. Numerosi studi riportano applicazioni allo studio del metabolismo umano che consentono di fornire importanti indicazioni sullo sviluppo delle malattie ed individuare biomarkers prognostici e diagnostici. Varie piattaforme analitiche sono state utilizzate negli studi metabonomici: tra queste sono di particolare rilievo la spettrometria di risonanza magnetica nucleare (NMR) e la spettrometri di massa (MS), generalmente accoppiata a tecniche cromatografiche. L’elaborazione dei complessi dati spettrali tramite analisi statistica multivariata permette la classificazione dei campioni in gruppi (es. sani e malati, oppure diversi fenotipi) e di identificare i principali segnali responsabili della discriminazione tra campioni. L’identificazione delle reali strutture molecolari corrispondenti a questi segnali e il loro utilizzo come biomarkers è probabilmente l’attuale maggiore sfida per i ricercatori che si dedicano agli studi metabonomici. L’obiettivo del presente progetto di ricerca, sviluppato attraverso 4 studi distinti, è stato l’applicazione dell’approccio metabonomico, utilizzando piattaforme analitiche basate sulla risonanza magnetica nucleare (NMR) e spettrometria di massa (MS), su fluidi biologici campionabili in modo non invasivo come urina e condensato dell’aria espirata (EBC), per ricercare biomarkers utili per la diagnostica e follow up di patologie respiratorie dell’età pediatrica e epatopatie colestatiche in neonati e in gravidanza (ICP).