Novel analytical methods for the non-invasive measurement of oxidative stress in exhaled air: application to workers in underground railway enclosures

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ID Serval
serval:BIB_94B14BA72F40
Type
Thèse: thèse de doctorat.
Collection
Publications
Institution
Titre
Novel analytical methods for the non-invasive measurement of oxidative stress in exhaled air: application to workers in underground railway enclosures
Auteur⸱e⸱s
Hemmendinger Maud
Directeur⸱rice⸱s
Guseva Canu Irina
Codirecteur⸱rice⸱s
Suárez  Guillaume
Détails de l'institution
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Statut éditorial
Acceptée
Date de publication
2022
Langue
anglais
Résumé
Inhalation of particulate matter, via an immune mechanism, tends to induce inflammation and endogenous ROS production. ROS overproduction, in turn, lead to oxidative stress, inflammation and ultimately increase the risk of COPD. COPD is assessed and monitored by breathing tests such as spirometry. These tests often reveal the consequences of the disease at a late stage.
Medical surveillance of employees exposed to high doses of pollutants and therefore with an increased risk of developing lung diseases is justified in particular for the purpose of prevention and as early as possible in order to implement the necessary measures to avoid the pathology or its aggravation. Similarly, for COPD patients, monitoring could prevent the occurrence of exacerbations and help the clinician in the treatment.
In this context, direct access to the lung by assessing biomarkers of oxidative stress in exhaled air could be of interest. Methods that focus on the oxidative potential or on specific oxidative stress biomarkers in exhaled breath condensate (EBC) such as MDA, 8-OHdG, 8-isoprostane, are developed during this thesis. They are the subject of increasing scientific interest in recent years, as they are non-invasive and thus easily applicable in the screening of the population.
The thesis objectives were to standardize these methods via a thorough validation and to validate them via feasibility tests as a first step in an epidemiological pilot study in comparison with a large panel of exposure metrics. In this respect, our laboratory partnered with RATP (Autonomous Parisian Transportation Administration) and created a common project: the Respiratory disease Occupational Biomonitoring Collaborative Project (ROBoCoP). The RATP's underground rail enclosures are identified as a particularly particulate polluted area. Exposures to such high concentrations of particulate matter over a prolonged period of time may significantly increase the risk for RATP workers of developing COPD.
We were able to detect MDA in all RATP EBC samples at very low concentration close to LOQ. (211 pg/ml) and was associated with PM10 metric. Concerning 8-OHdG/ 8-isoprostane the results were under LOD (< 1 pg/ml). We suspected that the lack of detecting these biomarkers in our study was due to factors affecting EBC collections. Concerning the OPEA metric we observed no correlation with any of the measured exposure variables.
In conclusion, MDA seems to be a relevant biomarker of exposure contrary to OPEA and 8- OHdG/ 8-isoprostane. Nevertheless, we believe that OPEA would be particularly suitable – as stated by earlier pilot study– to predict inflammatory exacerbation episodes or early diagnosis of COPD. Future studies might be conducted in order to address such hypotheses and determine for these biomarkers the pertinent field of use.
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L'inhalation de particules provoque, via un mécanisme immunitaire, la production de ERO (espèces réactives de l’oxygène) endogènes. La surproduction de ERO peut conduire à un stress oxydant, à de l'inflammation et finalement augmenter le risque de développer des maladies pulmonaires telle que la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO). L’évaluation et le suivi de la BPCO repose actuellement sur un test d'exploration fonctionnelle respiratoire (spirométrie). Malheureusement, ce test met souvent en évidence, parfois tardivement, les conséquences de la maladie.
La surveillance médicale de salariés exposés à des concentrations importantes en particules est importante car ils ont un risque accru de développer une BPCO. Cette surveillance doit être le plus précoce possible pour permettre de mettre en œuvre tous les mesures nécessaires pour éviter la survenue de la pathologie ou même son aggravation. En ce qui concerne les patients déjà atteints de BPCO, la surveillance peut permettre de prévenir la survenue d’épisodes d'exacerbation et aider le clinicien dans le traitement qu’il pourrait proposer.
Dans ce contexte, un accès direct au poumon par l'évaluation de biomarqueurs du stress oxydant dans l'air exhalé pourrait être intéressant. Ces biomarqueurs font l'objet d'un intérêt scientifique croissant ces dernières années, car ils sont non-invasifs, facilement applicables pour tout type de patient et donc pratiques pour des études de dépistage. Ils peuvent permettre d’estimer le degré d’atteinte du poumon avant l’apparition ou l’exacerbation des effets cliniques. Des méthodes qui permettent l’évaluation du potentiel oxydant (OPEA) ou de la quantification des biomarqueurs spécifiques du stress oxydant dans le condensat d’air exhalé (EBC) tels que le MDA, le 8-OHdG et le 8-isoprostane, ont été développées au cours de cette thèse.
Les objectifs de la thèse étaient de standardiser et de valider ces méthodes via des tests de faisabilité durant une étude pilote épidémiologique. Dans cette optique, notre laboratoire s'est associé à la RATP (Régie autonome des transports parisiens) pour constituer le projet ROBoCoP (Respiratory disease Occupational Biomonitoring Collaborative Project). Les enceintes ferroviaires souterraines de la RATP sont identifiées comme une zone particulièrement polluée par les particules. L’exposition à ces particules sur une période prolongée peut augmenter de manière significative le risque de développer une BPCO.
Lors de cette étude, nous avons pu détecter le MDA dans tous les échantillons d'EBC de la RATP à de très faibles concentrations proche de la LOQ (211 pg/ml). Ces concentrations de MDA étaient corrélés avec les PM10. Concernant le 8-OHdG/ 8-isoprostane, les résultats étaient inférieurs à la LOD (< 1 pg/ml). En ce sens, nous pensons que l'absence de détection de ces deux biomarqueurs pourrait être due à des facteurs affectant la collecte d’EBC. En ce qui concerne la mesure de l'OPEA, nous n'avons observé aucune corrélation avec les variables d'exposition mesurées dans les enceintes ferroviaires souterraines, ce qui pourrait compromettre son utilisation en tant que biomarqueur d’exposition.
En conclusion, le MDA semble pertinent en tant que biomarqueur d'exposition contrairement à l'OPEA et au 8-OHdG/ 8-isoprostane. Néanmoins, nous pensons que l'OPEA serait plutôt adapté pour prédire les épisodes d'exacerbation inflammatoire, pour le diagnostic précoce de la BPCO, comme suggérée lors d’une précédente étude. De futures études devront néanmoins être menées afin de confirmer ces hypothèses et de déterminer le domaine d’application de ces biomarqueurs.
Création de la notice
05/01/2023 11:06
Dernière modification de la notice
17/02/2023 7:12
Données d'usage