Resumen de Challenges in clinical analysis by infrared spectroscopy
En els últims anys, el desenvolupament de metodologies d’anàlisi clínic basades en espectroscòpia infraroja (IR) s’ha convertit en un camp molt actiu d’investigació. Millores en la instrumentació i en el processament de les dades han contribuït a que l’espectroscòpia IR s’utilitze per a obtindré informació de la composició de fluids i teixits biològics. Aquesta tesis consolida aquesta tècnica com una eina versàtil en el desenvolupament de metodologies per a extraure una gran quantitat d’informació en un ampli espectre de mostres mitjançant instrumentació senzilla, ràpida i econòmica. Tot i que la tècnica té problemes de sensibilitat i selectivitat, els resultats obtinguts en aquesta Tesi demostren que les tecnologies modernes poden assolir aquestes limitacions. Nous avanços en la quimiometría, la mesura o en la preparació de mostres han estat utilitzats per a millorar les característiques analítiques dels mètodes sense renunciar als beneficis generals de les metodologies basades en IR. Dels resultats obtinguts en aquesta tesi es pot concloure que: - L’anàlisi IR pot extraure informació de qualitat de les mostres clíniques sòlides, líquides o gasoses, incloent càlculs renals, teixits, l’alè, l'orina o el sèrum. - Quant a l'anàlisi de paràmetres clínics en mostres de sèrum, s'ha evidenciat que la naturalesa de les mostres integrades en el conjunt de calibratge és crítica, i es necessita una àmplia col•lecció de mostres amb diferents gammes de concentració dels anàlits i interferències per a proporcionar bones prediccions de mostres obtingudes de diferents orígens. - El principal coll de botella de les determinacions de paràmetres de rutina en sèrum és la sensibilitat. Els errors disminueixen en augmentar la concentració dels anàlits d'interès. Per als paràmetres proteics, triglicèrids i colesterol, les tècniques basades en IR estan preparades per a competir amb l'anàlisi pels mètodes de referència; en el cas de les lipoproteïnes, la glucosa, la immunoglobulina i la urea, la tècnica està limitada com a eina complementària de cribratge i per als anàlits amb concentració inferior a 10mg/dl és impossible realitzar qualsevol model predictiu amb l’adequada fiabilitat. - El problema endogen de la sensibilitat es por resoldre mitjançant la introducció de noves tècniques de pre-processament de mostres i mesures espectrals. Combinant una eficaç microextracció i la tècnica DF-ATR es va proposar una metodologia per a la determinació de lidocaïna en orina amb un límit de detecció al voltant d'1 ppm, i un límit de detecció de 32 ppb es va obtenir per a la quantificació d’isoprè en l'alè utilitzant una columna de preconcentració i una guia d’ones integrada (iHWG, per les seues sigles en anglès). -La metodologia DF-ATR proposada és una eina simple i eficaç per a millorar la selectivitat i la sensibilitat de les mostres clíniques. Aquesta estratègia millora la predicció dels paràmetres lipídics en sèrum i a més a més pot utilitzar-se per a establir un mètode ràpid per a l'elecció de les millors condicions de precipitació de proteïnes prèvies a l’anàlisi per cromatografia líquida i espectrometria de masses. - Altres tractaments quimiomètrics poden millorar la qualitat de la informació obtinguda a partir dels espectres IR dels sèrums. Els models locals basats en LW-PLS milloren els resultats obtinguts per PLS i els models de classificació bastats en LDA poden detectar la majoria de les mostres que es troben en el rang de normalitat dels paràmetres clínics. - Avui en dia hi ha una àmplia gamma d'algoritmes quimiomètrics (com PLS, LW-PLS, SBC, CLS o MCR-ALS) que es poden aplicar a determinacions multiparamètriques en mostres clíniques. Si es coneixen tots els components de la mostra, CLS proporciona prediccions simples i precises, i l’elecció entre PLS i SBC depèn de què és més fàcil, si mesurar un conjunt d’espectres i dades de referència representatiu o una matriu de soroll. MCR-ALS sembla ser el mètode adequat per a l’obtenció d’informació de les interferències. A més, la contribució dels gasos atmosfèrics a l’espectre es pot compensar fàcilment mitjançant un mètode de substracció directa. - Els potents algoritmes esmentats anteriorment poden conduir a resultats excessivament optimistes, especialment quan hi ha involucrat un procés de selecció de variables. L'ús d'un test de permutació pot ser utilitzat per a avaluar la significació estadística del model quan no es pot emprar un conjunt de validació externa. - Les mesures dels teixits de limfoma per transmissió i transflexió mostren imatges hiperespectrals comparables. A la regió de l'empremta digital no hi ha evidència de EFSW i les principals diferències estan connectades amb problemes de fixació de la mostra al suport . - Per als teixits de limfoma, existeixen diferències significatives entre els espectres de les mostres sensibles a la quimioteràpia i les quimioresistentes. Encara que els resultats són prometedors, es requereix un estudi més detallat i amb més mostres, per a establir models de diagnòstic fiables o connectar les diferències espectrals amb mecanismes biològics. Aquesta Tesi doctoral consolida l’espectroscòpia d'IR com una poderosa tècnica per a l'extracció d'informació d’una gran varietat de paràmetres clínics en una àmplia gamma de mostres. A dia d’avui, la instrumentació IR és assequible i compacta i la quantificació de compostos majoritaris es pot realitzar mitjançant el tractament quimiomètric de mesures directes o gairebé quasi-directes. D'aquesta manera, l’IR proporciona una alternativa econòmica i utilitzable en el PoC per a l’anàlisi clínica tradicional o per al desenvolupament de noves estratègies de diagnòstic com per exemple les basades en l'anàlisi no-invasiva de l’alè. Tot i que la tècnica té problemes de sensibilitat i selectivitat, els resultats obtinguts en aquesta Tesi demostren que les tecnologies modernes poden assolir aquestes limitacions. Nous avanços en la mesura (DF-ATR o iHWG) o en la preparació de mostres (microextracció) han estat utilitzats per a millorar les característiques analítiques dels mètodes sense renunciar als beneficis generals de les metodologies basades en IR. Entre d’altres, els pròxims reptes més importants són, d’una banda, la introducció de l'espectroscòpia IR a nivell comercial en la determinació de paràmetres clínics de rutina en sang i orina, que implicaria l'estalvi de grans quantitats de recursos i permetria realitzar anàlisis ràpides en farmàcies i ambulatoris. D’altra banda, l'ampliació de l’aplicació dels mètodes als estudis clínics. Les característiques d’aquests mètodes, que extrauen informació clínica de qualsevol mostra de forma econòmica i ràpida, els fan ideals per a la realització d’amplis estudis clínics, a un cost raonable i en un gran conjunt d’individus.
