UPDATE IN PEDIATRIA Laura Stronati - Logo Ruggiero DermoPediatria
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UPDATE IN PEDIATRIA
Salvatore Cucchiara Laura Stronati
Dipartimento Materno Infantile Dipartimento di Medicina Molecolare
salvatore.cucchiara@uniroma1.it laura.stronati@uniroma1.it
Eur J Gastroenterol Hepatol 2020 Dec;32:1523-1526 Feasibility and accuracy of a biopsy-free approach in suspected celiac disease (CD) children with TGA-IgA values
Eur J Gastroenterol Hepatol 2020 Dec;32:1523-1526
The PPV of TGA-IgA between
5 and 10 ULN and +ve EMA
was 0.93 (95% CI 0.90-0.96).
All children had symptom
resolution and antibodies
normalization after GFD.
Eur J Gastroenterol Hepatol 2020 Dec;32:1523-1526 Likely, during the COVID-19 pandemic, many children with suspected CD and TGA-IgA < 10 ULN have not been diagnosed because of the current ESPGHAN criteria and the lack of endoscopic availability
Livelli sierici elevati di anti-transgutaminasi IgA
CD = celiac disease To identify the diagnostic value of persistently low positive TGA- IgA titers in predicting CD in children. Ø Children with symptoms or signs of CD, not eligible for a no-biopsy approach (at least 2 TGA-IgA and EMA assessment and esophago- gastroduodenoscopy with biopsies) Ø TGA-IgA values as multiples of ULN. Ø Groups according to median TGA-IgA values: • TGA-IgA > 1 ≤ 5 × ULN: LOW-POSITIVE • TGA-IgA > 5 < 10 × ULN: MODERATE-POSITIVE
ESPGHAN criteria
DIFFERENCE IN EMA POSITIVE RATES AMONG THE 3 GROUPS LOW TITER CELIAC DISEASE EMA +ve: 109; EMA -ve: 29 LOW TITER POTENTIAL CD EMA +ve: 14; EMA -ve: 5 MODERATE TITER CD EMA +ve: 60; EMA -ve: 2 EMA were undetectable in 31 (15%) of mucosal atrophy cases !!!
ROC CURVE: to define the optimal cut-off of ULN for
discriminating the presence of mucosal atrophy
Product of sensitivity and specificity identify the mean
value of 1.7 ULN as having a sensitivity of 81.4% and a
specificity of 81.8% in predicting CD diagnosis
Ø The diagnostic value of persistently low positive TGA-IgA titers in predicting
celiac disease in symptomatic children regardless of EMA positivity
Ø A mean TGA-IgA of 1.7 x ULN as a threshold to perform endoscopySINTESI DEI MECCANISMI PATOGENETICI DELLA MALATTIA CELIACA
N Engl J Med 2021;385:35-45. Proof-of-concept trial: Efficacy and safety of a 6-week treatment with ZED1227, a selective oral transglutaminase 2 inhibitor, at three dose levels as compared with placebo, in adults with well-controlled celiac disease who underwent a daily gluten challenge. PRIMARY END POINT: Attenuation of gluten-induced mucosal damage, as measured by the ratio of villus height to crypt depth. SECONDARY END POINTS: Intraepithelial lymphocyte density, the Celiac Symptom Index score, and the Celiac Disease Questionnaire score
N Engl J Med 2021;385:35-45. Ø Double-blind, placebo-controlled, dose ranging 6-week trial, eligible patients randomly assigned, in a 1:1:1:1 ratio - 4 parallel groups: 10 mg, 50 mg, 100 mg of ZED1227, or placebo Ø Each morning after 6 hours of fasting, patients had ZED1227 or placebo orally and, 30 minutes later, ate one sponsor provided biscuit containing 3 g of gluten before breakfast. Ø Throughout the 6-week trial, patients were required to continue their strict gluten-free diet, aside from eating the sponsor-provided gluten-containing biscuit.
N Engl J Med 2021;385:35-45.
N Engl J Med 2021;385:35-45.
(IEL density)
Estimated differences from placebo in the change in IEL density were - 2.7 cells per 100 epithelial
cells (95% CI, -7.6 to 2.2) in the 10-mg group, - 4.2 cells per 100 epithelial cells (95% CI, -8.9 to 0.6) in
the 50-mg group, and - 9.6 cells per 100 epithelial cells (95% CI, -14.4 to - 4.8) in the 100-mg groupd an
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Prodrome Emetic Recovery
Abort Terminate RefeedNorth American Society for Pediatric Gastroenterology, Hepatology and Nutrition (NASPGHAN), International Classification of Headache Disorders 3 (ICHD-3), and Rome IV diagnostic criteria
DIAGNOSI DIFFERENZIALE
Ø Disturbi urogenitali
Ø Ulcera peptica
Ø Colecistite
Ø Ostruzione duodenale
Ø Malattia da reflusso gastroesofageo
Ø Malattia di Crohn
Ø Sindrome Intestino irritabile
Ø Porfiria
GESTIONE
Rassicurazione
Ricerca eventuali fattori scatenanti – Diario alimentare
Psicologo clinico (se la rimozione dei fattori scatenanti non ha successo)
Terapia cognitiva (programmi di rilassamento con o senza biofeedback)
Evitare cibi ricchi in amine o xantine
FASE ACUTA: stanza buia, quieta, semplici analgesici, sumatriptan nasale
PROFILASSI: sandomigran, propanololo, ciproepatdinaInizio improvviso – no warning
Spontanea risoluzione
Durata: ore-giorni, anche pochi minuti
Primi attacchi: tra 2 e 8 mesi
Risoluzione: intorno a 3-5 anni
SEGNI ASSOCIATI:
Atassia, vomito, postura pelvica
asimmetrica, pallore, cefalea, ipotonia di
un arto/arti, fotofobia, apatia, sonnolenza
EVOLUZIONE:
Vertigine parossistica benigna, sindrome
vomito ciclico, emicrania addominale,
DIAGNOSI DIFFERENZIALE: cinetosi, emicrania
Sandifer - Distonia torsionale idiopatica
IPOTESI:
Convulsione parziale complessa Disordine vestibolare (labirintite)
Disfunzione giunzionale cranio-cervicale Interessamento commissioni vestibolo-
Tumori fossa posteriore cerebellari
Immaturità neuro-trasmissiva
TERAPIA: Polimorfismo gene CACNA1A (calcium-
Rassicurazione - Trial di ciproeptadina (?) voltage-gate-channel subunit α1A)Inizio improvviso
Espressione di ansia e paura sul volto
Segni neurovegetativi: pallore, nausea,
perspirazione, fotofobia, fonofobia,
posizione del capo inusuale
Vomito frequente
Può evolvere verso la sincope
Durata: di solito breve (< 5 minuti), si risolve nel sonno o supini
Inizio: tra 2 e 4 anni; frequenza: 1 volta/die – 1-3 volte/mese
Storia familiare +va per emicrania e cinetosi
TERAPIA: attacchi brevi – antiemetici – il sonno può abortire l’attacco – se
attacchi frequenti: ciproeptadina
EVOLUZIONE: emicrania (frequente) – sindrome vomito ciclico – dolori
addominali ricorrenti (DAR) e cinetosiIPOTESI ETIOLOGICHE:
- Transitorio disturbo vascolare con
ischemia dei nuclei vestibolari
- Disfunzione vestibolare periferica o
centrale
- Deficit delle vie vestibolo-cerebellari
DIAGNOSI DIFFERENZIALE:
Ø Vertigine associata con emicrania
Ø Atassia episodica (trial con acetazolamide)
Ø Escludere: epilessia, neurinomi, tumori angolo ponto-cerebellare o
della fossa posteriore, Ménière, neuronite vestibolare
Ø Vertigine associata alla classica emicraniaPrescrizione degli inibitori della pompa protonica (PPI) nei lattanti: una “dipendenza” difficile da stroncare Aprile 2009 “The Journal of Pediatrics”: editoriale dal titolo “Stop the PPI express: they don’t keep babies quiet!” (stop agli inibitori della pompa protonica dati in modo rapido: non contribuiscono a tenere calmi i lattanti) studio condotto da Susan Orenstein che dimostrava nessun vantaggio dalla somministrazione del lansoprazolo nel lattante con pianti, irritabilità, inarcamento del tronco, rigurgiti, singhiozzo, suzione dal seno o da biberon difficoltosa. Dati dalla Nuova Zelanda e dagli USA indicano che fino a 2/3 ed 1/3, rispettivamente, di lattanti ricevono PPI nei primi di mesi di vita, per sintomi attribuiti a reflusso gastroesofageo (RGE), senza obiettiva documentazione su una relazione causale tra quest’ultimo e i sintomi (quasi sempre pianto e irritabilità, che caratterizzano il cosiddetto “crying baby”)
IL RGE È UN EVENTO FISIOLOGICO NEI PRIMI MESI DI VITA ed è legato alla maturazione del cardias (lo sfintere esofageo inferiore) e dello svuotamento gastrico (infatti, un ritardo fisiologico del tempo di svuotamento gastrico è evidente dalla osservazione di episodi di rigurgito a distanza di tempo dalla poppata) IL RGE NON È LA MALATTIA DA RGE: quest’ultima viene considerata se il rigurgito si accompagna a rallentamento della crescita ponderale, alla comparsa dei cosiddetti segni di allarme (ad esempio crisi di apnea o cianosi, laringospasmo, tosse secca stizzosa, tracce di sangue nel rigurgito) ESEGUIRE UNA ECOGRAFIA ADDOMINALE NEL LATTANTE CON RIGURGITI POST-PRANDIALI IN ASSENZA DI SEGNI DI ALLARME NON È GIUSTIFICATO: l’ecografista riporterà segni di RGE (risultato atteso dato che ogni lattante ha reflusso frequente nel post-prandiale), privi di alcun significato clinico. La comunità scientifica non riconosce alcun ruolo diagnostico alla ecografia nell’approccio al bambino con sospetta malattia da RGE. L’ecografia addome nel lattante è utile soltanto per escludere la stenosi del piloro (e in mani esperte sospettare la malrotazione intestinale)
L’articolo indica un percorso razionale nel “crying baby” che prevede:
• il miglioramento delle tecniche di alimentazione
• rassicurare la famiglia che si è in presenza di un disordine funzionale (non organico) e
non di una patologia, mettendo il luce il normale sviluppo psicomotorio e ritmo di crescita
• escludere temporaneamente le proteine del latte vaccino dalla dieta della mamma (in
caso di allattamento materno) o somministrare al piccolo un idrolizzato (in caso di
allattamento con formula), per periodi limitati (non meno di 2 settimane) per verificare la
risposta clinica ex adjuvantibus (prorogando tali provvedimenti in caso di risposta
significativa)
• eventuale somministrazione di un dispositivo medico a base di alginato
• consultazione con un centro di gastroenterologia pediatrica per definire eventuali indagini
strumentali, ad esempio la pH impedenzometria (pH-MII)Commento E’ esperienza comune che i “crying babies” non rispondono alla somministrazione (ingiustificata) di PPI, mostrando spesso un aumento di irritabilità quale effetto indesiderato del farmaco: ciò induce, non raramente, ad aumentare ulteriormente la dose del PPI (un atteggiamento sconsiderato !!; capita, infatti di vedere lattanti con dosi di 2.0-2.5 mg/kg di PPI, quando il dosaggio suggerito, nei casi in cui il PPI è necessario, non dovrebbe mai superare 1.5 mg/Kg/die). La mancata risposta è probabilmente dovuta alla natura del RGE che nel lattante è prevalentemente non acido debolmente acido, per via del ristagno gastrico di latte che neutralizza o attenua l’acidità gastrica. Non vanno dimenticati gli effetti collaterali che derivano dalla somministrazione prolungata di PPI (nota AIFA): disbiosi intestinale, rischio di allergie alimentari, infezioni di comunità, rischio di fratture ossee, malattie renali acute e croniche, ipomagnesemia, infezione da Clostridium Difficile. In definitiva: l’uso dei PPI nel bambino piccolo deve essere concordato con un centro di Gastroenterologia Pediatrica, largamente giustificato da una patologia correttamente documentata (ad es. la malattia da RGE diagnosticata secondo le linee guida) e mai protratto per periodi più lunghi di 6 settimane. Ogni deviazione da queste linee è irresponsabile e ingiustificata
JAMA Pediatr Published online August 28, 2020 Emergence of a MULTISYSTEM INFLAMMATORY SYNDROME (MIS) (temporal and serological plausibility for an immune-mediated SARS-CoV-2-related disease) (MIS-C)
AN OUTBREAK OF SEVERE KAWASAKI-LIKE DISEASE AT THE ITALIAN
EPICENTRE OF THE SARS-COV-2 EPIDEMIC: AN OBSERVATIONAL
COHORT STUDY
incidence and features of patients with Kawasaki-
like disease during the SARS-CoV-2 epidemic.
GROUP 1: 19 (12 girls; aged 3·0 years [SD 2·5]) diagnosed: Jan 2015 - Feb 2020.
GROUP 2: 10 (3 girls; aged 7·5 years [SD 3·5]) diagnosed 18 Feb 18 - 20 April 2020 (8/10
+ve for IgG or IgM, or both)
Groups 1 vs Group 2
Ø Disease incidence (0·3 vs 10/month)
Ø Mean age (3·0 vs 7·5 years)
Ø Cardiac involvement (2/19 vs 6/10) pConjunctivitis in 30-81% of patients with MIS-C, rash in 45-76% (variable appearance: including erythema, morbilliform, purpura, targetoid, or urticarial) The majority of MIS-C patients: abdominal tenderness on examination, multiorgan and mucous membrane involvement (27-76%), lymphadenopathy (6-16%), and swollen hands or feet (9-16%) Pleural effusions, pericardial effusions, and ascites can also occur. Severe neurologic manifestations: seizures, altered mental status, encephalopathy, meningoencephalitis 6-15%
J Pediatr 2020;223:14-9 J Pediatr 2020; 224: 24-9
2020;223:14-9
Children (1 month-21 years) with
COVID-19 from a single tertiary care
children's hospital
67 children +ve for COVID-19; 21 (31.3%) as outpatients; 46 admitted patients: 33 (72%) to the
general pediatric medical unit, 13 (28%) to the pediatric intensive care unit (PICU).
Obesity and asthma: highly prevalent
Admission to the PICU: associated with higher CRP, procalcitonin, and
pro-B type natriuretic peptide levels and platelet counts (p < .05 for all).
PATIENTS IN THE PICU:
SEVERE SEPSIS AND SEPTIC SHOCK SYNDROMES IN 7 (53.8%)
ACUTE RESPIRATORY DISTRESS SYNDROME IN 10 (77%)2020; 224: 24-9
To assess clinical characteristics and outcomes
of severe acute respiratory syndrome Covid-
19-associated multisystem inflammatory
syndrome in children (MIS-C).
33 Children with MIS-C admitted to PICU in New York City (April-May 2020)
Median age: 10 years; 45% were Hispanic/Latino; and 39% were black.
Comorbidities in 45% (!!!)
Ø FEVER (93%) - VOMITING (69%): most common presenting symptoms.
Ø Depressed left ventricular ejection fraction: 63% (median ejection fraction of
46.6%)
C-reactive protein, procalcitonin, d-dimer, and pro-B-type
natriuretic peptide: in all2020;142:429-436
Over a 2-month, in France and Switzerland: 25 children (2-
16 years) admitted to PICU in 14 centers for cardiogenic
shock, left ventricular dysfunction and severe
inflammatory state.
ü CO-MORBIDITIES: in 28% including asthma and overweight.
ü GASTROINTESTINAL SYMPTOMS PROMINENT.
ü LEFT VENTRICULAR EJECTION FRACTION WASCirculation 2020;142:429-436
2020;142:429-436 Rash maculopapulare in una ragazza di 12 anni
Epidemiology of multisystem inflammatory syndrome in
children (MIS-C) in various countriesTHE MOST COMMON FEATURES IN CHILDREN WITH MIS-C
MIS-C CRITERIA ⁎ CARDIAC INVOLVEMENT defined by the WHO MIS-C case definition: features of myocardial dysfunction, pericarditis, valvulitis, or coronary abnormalities (including echocardiogram findings or elevated troponin/NT-proBNP) ⁎⁎ ADDITIONAL FEATURES for RCPCH: abdominal pain, confusion, conjunctivitis, cough, diarrhea, headache, lymphadenopathy, mucous membrane changes, neck swelling, rash, respiratory symptoms, sore throat, swollen hands and feet, syncope, vomiting
LIST OF DIAGNOSTIC CRITERIA FOR PIMS-TS/MIS-C
Front. Pediatr. 9:667507.doi: 10.3389/fped.2021.667507RECOMMENDED TREATMENT FOR MIS-C IN CHILDREN
CLINICAL OUTCOMES OF MIS-C IN PEDIATRIC AGE
Children With Pediatric Inflammatory Multisystem Syndrome Temporally Associated With SARS-CoV-2 (PIMS-TS) (Royal College of Pediatrics and Child Health) Multisystem Inflammatory Syndrome in Children (MIS-C) (CDC, WHO) PATIENT AGED
Children With Pediatric Inflammatory Multisystem Syndrome Temporally Associated
With SARS-CoV-2 (PIMS-TS) (Royal College of Pediatrics and Child Health)
Multisystem Inflammatory Syndrome in Children (MIS-C) (CDC, WHO)
Ø Exclusion of any other probable cause, such as bacterial sepsis,
staphylococcal/streptococcal shock syndromes, and viral infections associated with
myocarditis
Ø Positive for current or recent SARS-CoV-2 infection by PCR, serology, or antigen
test; or COVID-19 exposure within 4 weeks prior to the onset of symptoms.
CLASSIFICATION:
ü SHOCK-LIKE PRESENTATION: signs of shock as per the Goldstein 2005
definition of cardiovascular failure
ü KAWASAKI DISEASE-LIKE PRESENTATION: complete or incomplete with
cardiac involvement
ü UNDEFINED INFLAMMATORY PRESENTATION: persistent pyrexia with signs
of PIMS-TS but not meeting shock criteria nor having cardiac involvement.
Front. Pediatr. 9:667507.doi: 10.3389/fped.2021.667507il suffisso -omiche è utilizzato per formare nomi con significato di indicare tutti i costituenti analizzati collettivamente… …quindi le scienze omiche studiano pools di molecole biologiche (es., acidi nucleici, proteine, enzimi), con svariate funzioni all’interno degli organismi viventi
Le scienze omiche ad esempio analizzano nel loro insieme:
Ø GENOMICA: i geni contenuti nel DNA (genomica) e le loro molteplici funzioni (genomica
funzionale);
Ø EPIGENOMICA: le modifiche epigenetiche presenti nel materiale genetico di una cellula
(l'epigenoma).
Ø TRASCRITTOMICA: un gran numero o di tutti i trascritti (trascrittoma);
Ø PROTEOMICA: il complesso delle proteine, in particolare delle loro strutture e funzioni.;
Ø METABOLOMICA: tutti i metaboliti di un organismo biologico, che sono i prodotti finali
del suo metabolismo.
Tra gli altri obiettivi delle scienze omiche vi è anche quello di studiare le
connessioni e le interazioni reciproche tra i pool di molecole biologiche
(interattomica) e tra queste molecole e i microrganismi intestinali (microbiomica),
o i patogeni (infettivomica), i cibi e/o i nutrienti (nutrigenomica) e l’ambiente in
generale (exposomica).Lo scopo di tale approccio olistico (o sistemistico) è quello di poter comprendere operando con approcci integrativi, un sistema complesso (che è un gruppo di entità, interconnesse, che formano un insieme integrato), considerato come l’insieme di molecole biologiche che lo compongono (e cioè geni, trascritti, proteine, metaboliti)
L’analisi dei sistemi biologici offre la possibilità di studiare proprietà collettive, cioè proprietà che non possono essere predette dallo studio del comportamento di un singolo componente ma solo dallo studio dell’insieme di quei componenti
L’avvento delle “omics” coincide con uno spettacolare miglioramento tecnologico in diversi ambiti: • biologia molecolare • Informatica • Internet
Ø La genomica è lo studio sistematico del genoma, che rappresenta la quantità totale di DNA di una cellula o un organismo. Ø La conoscenza del genoma risulta quindi utile in ogni campo della biologia e l'avvento di metodi per il sequenziamento del DNA ha accelerato significativamente la ricerca. In medicina, ad esempio, il sequenziamento è usato per identificare e diagnosticare malattie ereditarie e per sviluppare nuovi trattamenti. In modo simile, il genoma degli agenti patogeni può portare allo sviluppo di medicine Ø Le tecniche di DNA microarray consentono di misurare le differenze di espressione delle sequenze di DNA tra diversi individui, permettendo l’analisi dell’espressione di migliaia di geni simultaneamente
DNA Microarrays: Applicazioni
I DNA microarray consentono lo screening simultaneo
di migliaia di geni: screening high-throughput*
• Genotipizzazione genome-wide
• Espressione genica tessuto-specifica
• Analisi di mutazioni
*Per high-throughput si intendono tutte quelle analisi scientifiche in
grado di effettuare dei test su un numero molto grande di dati in un
tempo ristretto grazie a macchinari e strumentazioni automatizzate.Progetto genoma umano: Progetto internazionale di ricerca (Human Genome Project) la cui realizzazione ha permesso di determinare, conservare nelle banche dati, e rendere accessibile a tutta la comunità scientifica, la sequenza nucleotidica dei cromosomi umani
Ø L’insieme delle molecole di RNA messaggero si definisce trascrittoma. Ø La trascrittomica è quella branca delle scienze omiche che studia questo il trascrittoma, misurando l’espressione dei geni con indagini molecolari complicate che spaziano dalla tecnologia microarray al sequenziamento diretto dell’RNA Ø Un tipico esempio di strumento per l'analisi del trascrittoma è il microarray, che permette di confrontare l'espressione di un intero genoma in diverse condizioni di crescita cellulare.
Ø l'insieme delle proteine di un organismo o di un sistema biologico, ovvero le proteine prodotte dal genoma, si definisce proteoma. Ø La proteomica è quella branca delle scienze omiche che il proteoma, cioè mira ad identificare le proteine ed ad associarle con uno stato fisiologico in base all’alterazione del livello di espressione fra controllo e trattato. Permette di correlare il livello di proteine prodotte da una cellula o tessuto e l’inizio o la progressione di uno stato di stress. Ø Le tecniche per l'analisi del trascrittoma sono essenzialmente la elettroforesi bidimensionale (2-DIGE), la spettrometria di massa o anche le hightroughput
150 kDa 2
1 3
110 kDa 67
96 kDa 6
84 kDa 4 5
7
75 kDa
10
8 9
12
67 kDa 68
13
14 11
15 16
50 kDa 17
19 21
18
22 23
24 25 20
40 kDa 26 27
69 28
29 31 37
33
34 35 36
30 32
70 42
39 43
40
30 kDa 38 41
44 45
49
52
46 47 51
20 kDa 48
50
64
63
54
56 58 62
53
55 61 66
14 kDa 59
57
60 65
69
pH 4.0 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 8.0 9.0Int J Cancer 2017 L’analisi proteomica consente di individuare 47 hsp che possono essere buoni indicatori di metastasi linfonodale nel CRC
L’analisi proteomica consente di individuare biomarcatori di danno polmonare e correlare determinate alterazioni proteiche a specifici processi di malattia
Ø L'insieme di tutti i metaboliti di un organismo biologico, che sono i prodotti finali della sua espressione genica, costituisce il metaboloma. Ø L’analisi metabolomica consente di misurare i prodotti finali delle reazioni chimiche che avvengono nell’organismo - i metaboliti - e rilevare quindi con precisione il loro funzionamento (normale, scarso o eccessivo) e valutare quindi quali di esse si svolgano regolarmente e quali siano bloccate o malfunzionanti. Ø La misurazione dei metaboliti è uno degli esami più accurati e precisi disponibili per il monitoraggio e la rilevazione delle cause specifiche (alimentari, comportamentali e metaboliche) di problemi di salute insolubili. Allo stato attuale l’”Analisi spettrometrica di massa ad alta risoluzione” e la combinazione “cromatografia liquida e spettrometria di massa” consentono di rilevare e misurare sostanze chimiche presenti in quantità infinitesimali.mensionale (2-DIGE), la spettrometria di massa o anche le hightroughput
Metabolomic profiling of asthma and chronic obstructive pulmonary
disease: A pilot study differentiating diseases.
Adamko et al, J Allergy Clin Immunol 2015
BACKGROUND: Differentiating asthma from other causes of chronic airflow limitation, such as chronic
obstructive pulmonary disease (COPD), can be difficult in a typical outpatient setting. The inflammation of
asthma typically is different than that of COPD, and the degree of inflammation and cellular damage varies
with asthma severity. Metabolomics is the study of molecules created by cellular metabolic pathways.
OBJECTIVES: We hypothesized that the metabolic activity of adults with asthma would differ from that of
adults with COPD. Furthermore, we hypothesized that nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)
would measure such differences in urine samples.
METHODS: Clinical and urine-based NMR data were collected on adults meeting the criteria of asthma and
COPD before and after an exacerbation (n = 133 and 38, respectively) and from patients with stable asthma
or COPD (n = 54 and 23, respectively). Partial least-squares discriminant analysis was performed on the
NMR data to create models of separation (86 metabolites were measured per urine sample). Some subjects'
metabolomic data were withheld from modeling to be run blindly to determine diagnostic accuracy.
RESULTS: Partial least-squares discriminant analysis of the urine NMR data found unique differences in
select metabolites between patients with asthma and those with COPD seen in the emergency department
and even in follow-up after exacerbation. By using these select metabolomic profiles, the model could
correctly diagnose blinded asthma and COPD with greater than 90% accuracy.
CONCLUSION: This is the first report showing that metabolomic analysis of human urine samples could
become a useful clinical tool to differentiate asthma from COPD.
L’analisi dei metaboliti urinari può essere utilizzata per
discriminare tra asma e COPDTranscriptomics Metabolomics
Genomics Clinical data Proteomics
PANOMICS
The combined analysis of
multi-dimensional data
PRECISION
MEDICINE
TARGETED THERAPY
Sandhu C et al, Trends Mol Biol 2017Coltura di organoidi intestinali come modello sperimentale per lo studio della fibrosi intestinale e dell’attività anti-fibrotica di sostanze fitoterapiche. Risultati preliminari Una coltura di organoidi intestinali è stata allestita a partire da biopsie prelevate dal colon sano (non-infiammato) di un paziente di controllo (inteso come paziente sottoposto a colonscopia e per il quale la diagnosi di IBD è stata poi esclusa). In seguito, gli organoidi sono stati trattati con TGF-β, citochina pro-fibrotica, e/o con TNF-α, citochina pro-infiammatoria, per valutare l’effetto del trattamento sull’organizzazione strutturale degli organoidi e sull’espressione di marker infiammatori (IL-1β) e fibrotici (ZNF281, α-SMA e SNAIL). Gli organoidi sono stati divisi in 6 gruppi sperimentali: 1. Non trattati (gli organoidi di questo gruppo non hanno ricevuto alcun tipo di trattamento) 2. TGF-β 25 ng/ml 3. TGF-β 50 ng/ml 4. TNF-α 100 ng/ml 5. TNF-α 100 ng/ml + TGF-β 25 ng/ml 6. TNF-α 100 ng/ml + TGF-β 50 ng/ml L’esperimento ha avuto una durata complessiva di 7 giorni e i diversi trattamenti sono stati ripetuti ogni giorno. Immagini rappresentative degli organoidi sono state catturate a più tempi (Figura 1). A 24 ore dalla semina (day 1), prima di ogni trattamento, è possibile notare come gli organoidi di ogni gruppo sperimentale abbiano la stessa struttura sferoidale (cistica), dotata di una cavità interna (lumen). A 2 giorni dal primo trattamento (day 3), parte degli organoidi co-trattati con TNF-α e TGF-β ha perso la propria caratteristica struttura sferoidale a favore di una struttura più irregolare. Tale cambiamento morfologico diventa più evidente nel corso dell’esperimento (day 5 e day 7) e si può individuare, seppur con qualche differenza, tra gli organodi trattati con solo TGF-β; le cellule originariamente organizzate a formare una struttura sferoidale migrano e si disperdono all’interno delle cupole di matrigel in cui gli organoidi sono sospesi. Gli organoidi non trattati non esibiscono, come era prevedibile, tale cambiamento morfologico; nel corso dell’esperimento, al contrario, si assiste a una regolare crescita della coltura che si può individuare in termini di 1) un aumento delle dimensione degli organoidi sferici e 2) nel caratteristico ripiegamento tridimensionale di alcuni di essi. Inoltre, tra gli organoidi trattati con solo TNF-α si assiste a un aumento delle dimensioni degli organoidi sferici e non a un ripiegamento degli stessi.
Al termine dell’esperimento, dagli organoidi è stato estratto l’RNA e per Real Time PCR è stato valutato l’effetto dei vari trattamenti sull’espressione dei marker d’interesse (Figura 2). I grafici mostrano l’arricchimento (fold change) dell’espressione dei geni rispetto a quella rilevata nel gruppo dei non trattati (per cui è stato stabilito un valore pari a 1). Si noti come i co-trattamenti determinino un aumento dei marker fibrotici ZNF281, α-SMA e SNAIL. Non si osservano importanti differenze tra i due co-trattamenti. Si noti inoltre come il trattamento con solo TNF-α determini un aumento del marker infiammatorio IL-1β e come i due co-trattamenti provochino un aumento ancora più importante di tale marker. Conclusione I cambiamenti morfologici determinati dai due co-trattamenti si accompagnano dunque a dei cambiamenti molecolari, individuati nell’aumento, a livello trascrizionale, dei marker fibrotici ZNF281, α-SMA e SNAIL, e del marker infiammatorio IL-1β.
Figura 2 Immagini rappresentative di organoidi intestinali trattati con TNF-α e/o TGF-β
TNF-α 100 ng/ml - - - + + +
TGF-β 25 ng/ml - + - - + -
TGF-β 50 ng/ml - - + - - +
Day 1
Day 3
Day 5
Day 7
Il trattamento di organoidi intestinali con la citochina pro-infiammatoria TNF-α e la citochina pro-fibrotica TGF-β determina evidenti
cambiamenti morfologici. Gli organoidi intestinali isolati da biopsie di colon di un paziente pediatrico di controllo sono stati trattati con TNF-α e/o
TGF-β, alle concentrazioni indicate per 7 giorni. Immagini rappresentative della morfologia delle colture di organoidi sono state ottenute dopo 1, 3, 5 e
7 giorni di trattamento. Gli organoidi non sottoposti a trattamento dopo 5 giorni in coltura mostrano morfologia sferoidale detta a colonosfera (indicato
in blu) o una morfologia ripiegata, detta a colonoide (in rosso). Il trattamento con TNF-α e TGF-β induce evidenti cambiamenti morfologici, visibili nelle
condizioni di co-trattamento già a 5 giorni e nelle condizioni di trattamento con solo TGF β per 7 giorni: cellule originariamente coinvolte a formare la
struttura sferoidale degli organoidi si disperdono nel Matrigel conferendo alla coltura un aspetto irregolare (in verde).Figura 2
Livelli di espressione trascrizionale relativa (fold change)
ZNF281 α-SMA
5,0 3,0
2,5
Il trattamento di organoidi intestinali con la
4,0
citochina pro-infiammatoria TNF-α e la
mRNA relative
mRNA relative
expression
expression
2,0
3,0
1,5 citochina pro-fibrotica TGF-β determina
2,0
1,0 l’aumento dell’espressione dei marcatori
1,0 0,5 fibrotici ZNF281, α-SMA, SNAIL e del
0,0 0,0 marcatore infiammatorio IL-1β.
SNAIL IL-1β
3,0 25 Gli organoidi intestinali isolati da biopsie di
mRNA relative expression
mRNA relative expression
2,5 20
colon di un paziente pediatrico di controllo
2,0 sono stati trattati con TNF-α e/o TGF-β, alle
15
1,5 concentrazioni indicate per 7 giorni. I livelli di
1,0
10
espressione dei geni indicati sono stati valutati
0,5 5 tramite RT-qPCR.
0,0 0
- - - + + + - - - + + +
- + - - + - - + - - + -
- - + - - + - - + - - +
TNF-α 100 ng/ml
TGF-β 25 ng/ml
TGF-β 50 ng/mlTHE PUTATIVE LIFE CYCLE OF SARS-CoV-2.
GASTROINTESTINAL SYMPTOMS, PATHOPHYSIOLOGY, AND TREATMENT IN COVID-19 Genes and Diseases, 2020 Epub Jilei Zhang, Shari Garrett, Jun Sun Department of Microbiology and Immunology, University of Illinois at Chicago, Chicago, IL COVID-19 can affect multiple systems in the body with devastating consequences
Organoids demonstrate gut infection by SARS-CoV-2
Confocal microscopy image of a human intestinal organoid 60 h following
infection with SARS- CoV-2. Actin filaments are stained green, nuclei are blue and
the virus is white. Image courtesy of J. Beumer
Iain Dickson. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2020• In the intestine, ACE2 acts as a co-receptor for nutrient uptake and especially amino acid
absorption from food: the gut might be a major entry site for SARS-CoV-2
• A lack of ACE2 leads to substantial alteration in the composition of the gut microbiota, in
mice, this partly results from reduced production of the antimicrobial peptides that control
the gut’s microbial community
One can speculate that the decrease in ACE2 availability during SARS-COV-2
infection is enough to alter the composition of the gut microbiota
AMP:
antimicrobial peptides
He et al, Front Microbiol 2020Representation of a
probable “gut-lung
axis” in SARS-CoV-2
caused COVID-19
disease
around half of all COVID-19 patients have detectable
SARS-CoV-2 RNA in their stools-even when it is no
longer found in the respiratory tract
Shruti Ahlawat et al., Virus Research 2020AI
AI
Bio
Inspired
Machine Deep
Learning LearningDEEP LEARNING SOTTOCATEGORIA DEL MACHINE LEARNING CHE FA RIFERIMENTO AGLI ALGORITMI ISPIRATI ALLA STRUTTURA E ALLA FUNZIONE DEL CERVELLO CHIAMATE RETI NEURALI ARTIFICIALI. Le architetture di Deep Learning sono state applicate nella bioinformatica (utilizzo di strumenti informatici per descrivere dal punto di vista numerico e statistico fenomeni biologici come sequenze di geni, composizione e struttura delle proteine, processi biochimici nelle cellule)
DEEP LEARNING: PECULIARITÀ Ø Il DEEP LEARNING basa il suo funzionamento sulla classificazione e “selezione” dei dati più rilevanti per giungere ad una conclusione, esattamente come fa il nostro cervello biologico che per formulare una risposta ad un quesito, dedurre un’ipotesi logica, arrivare alla risoluzione di un problema, mette in moto i propri neuroni biologici e le connessioni neurali Ø Il DEEP LEARNING sfrutta le reti neurali artificiali, modelli di calcolo matematico-informatici basati sul funzionamento delle reti neurali biologiche, ossia modelli costituiti da interconnessioni di informazioni Ø Una rete neurale di fatto si presenta come un sistema “adattivo” in grado di modificare la sua struttura (nodi e interconnessioni) basandosi sia su dati esterni sia su informazioni interne che si connettono e passano attraverso la rete neurale durante la fase di apprendimento e ragionamento.
DEEP LEARNING (DL) MACHINE LEARNING (ML) INTELLIGENZA ARTIFICIALE (AI) Sottogruppo della ML che Sottogruppo della AI che Branca dell’informatica dedicata consiste nell’apprendimento da coinvolge la capacità di un alla creazione di sistemi disegnati parte delle macchine attraverso computer di imparare a per compiti che classicamente dati appresi grazie all’utilizzo di prendere decisioni e delineare richiedono l’intelligenza umana algoritmi (ispirati alla struttura e modelli dai dati senza esplicita alla funzione del cervello, «reti programmazione neurali artificiali»)
Basic approach to the identification of individual IBD networks IDENTIFICATION OF IBD SUBGROUPS: integration of omics data (genome, epigenome, transcriptome, cytokinome, microbiome, etc.) derived from single individual patients.
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