Het gebruik van een Electronische neus voor de detectie van M. tuberculosis in sputum Leiden, 5 Juni 2007
KIT Biomedisch onderzoek Onderzoek naar diagnose van tropische ziekten •Leptospirose •Lepra •Leishmania, Malaria, Slaapziekte •Tuberculose •Sneltest ontwikkeling •Epidemiologie
KIT Biomedical Research, Koninklijk Instituut voor de Tropen
Biomedisch onderzoek AMC terrein KIT Biomedical Research
Hoofdgebouw Mauritskade
Met steun van
Optimus Foundation UBS, Switzerland
Amsterdam Society and Research Fund for Prevention and Cure of Tuberculosis. Sjoukje Kuijper, Stella van Beers, Homa Shah, Jeroen de Munter en Arend Kolk Patricia Buijtels Klaus Reither, Jutta Jung, Leonard Maboko Viv Hallam, Tim Gibson, Rob Chandler
Het wereldwijde TBC problem • 1/3 van de wereld bevolking is geïnfecteerd. • 2 miljoen mensen sterven jaarlijks aan TB • WHO doelstelling: detectie van 70% van de microscopische positieve patienten en een genezingspercentage van ten minste 85% • Co-infectie van HIV en TB maakt het probleem erger • Minder dan 40% van de patiënten wordt ontdekt • Geneesmiddelen resistentie vormt een groot probleem KIT Biomedical Research
Hoe moeten we het TB probleem aanpakken • Armoede bestrijden • TB gezondheidsdienst, gelden vrijmaken, goede organisatie, goede staf en management • Verbetering van de detectie van TB patiënten door betere diagnostische testen •
Ontwikkeling van simpele testen die gemakkelijk zijn uit te voeren.
KIT Biomedical Research
An electronic nose works similar as a human nose
KIT Biomedical Research
De electronische neus voor TBC
KIT Biomedical Research
Olfactory Biosensor Scensive technologies /Cranfield University Electric: 14 conducting polymer sensors, measure change in resistance. Complex pattern recognition by Principal components analysis (PCA) and Linear discriminant Function Analysis (DFA) Partial least squares PLS Toolbox Eigen vector Statistical program XLStat and Matlab
KIT Biomedical Research
Bloodhound e-nose van Scensive Technologies, Leeds, UK uses polymers and dopants to create a variety of sensors Sensor 1 2,3 4,5
Polymer Poly-n-ethylaniline Poly-aniline Poly-tryptophan etc etc etc
Dopant SO4 counter ion SO4 counter ion SO4 counter ion etc etc etc
Gibson, T.D., Puttick, P., Hulbert, J.N., Marshall, R.W., Li, Z. (1999) Odour sensor. US Patent 5,928,609. KIT Biomedical Research
The conducting polymer sensor from Scensive Technologies .
Sensor Gold electrode pair
Gap in electrode
KIT Biomedical Research
Sensor material
-
Silicon substrate
KIT Biomedical Research
KIT Biomedical Research
Data obtained from each sensor The VOCs adsorb to the sensors in a Langmuir way The Laptop stores for each sensor: A. B. C. D.
Divergence (absorption maximum value) The absorption slope The desorption slope The area under the curve
KIT Biomedical Research
Adsorption curve for 13 sensors 2% butanol-2
KIT Biomedical Research
Analysis of liquid cultures Blank Medium
M. avium
M. scrofulaceum
M. tuberculosis
P. aeruginosa
0.4 0.3 0.2
S2 (2%)
0.1 0 -1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0 -0.1 -0.2 -0.3
S1 (97%)
KIT Biomedical Research
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Analysis of sputum samples spiked with lung pathogens Blank
M. avium
M. tuberculosis
P. aeruginosa
P. aeruginosa + M. tuberculosis 2
1.5 1
S2 (11%)
0.5 0 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 -0.5 -1 -1.5 -2
S1 (88%)
KIT Biomedical Research
0.5
1
1.5
Saint Francis Hospital in Katete, Zambia
KIT Biomedical Research
Training of the enose with 196 sputum samples 6 ,0
Smokers
Sm okers
4 ,0
T B negative 2 ,0 PC 2 ( 9% )
T B p o s itiv e 0 ,0 -1 5 ,0
-1 0 ,0
-5 ,0
0 ,0
5 ,0
1 0 ,0
1 5 ,0
-2 ,0 -4 ,0 -6 ,0
P neumonia
-8 ,0 P C 1 (83% )
Fend et al., J Clin Microbiol 2006;44:2039 KIT Biomedical Research
P os. Control: sp iked sp utum 1 x 10 8 my cobacteria m l- 1
Prediction set of 134 sputum samples, 55 TB culture positive Sensitivity 89% (95% CI 80%- 97%) Percentage of test positive TB patients Specificity 91% (95% CI 85%-97%) Percentage of test negative non TB patients
KIT Biomedical Research
Veldstudie in Tanzania januari 2007 Mbeya Medical Research Programme
KIT Biomedical Research
ROC curve of the training set samples (n=126) from TB and Non TB patients in Mbeeya Tanzania
KIT Biomedical Research
Specificiteit en sensitiviteit van de predictie groep (n=39) Studie in Mbeya, Tanzania E-nose Results Stand. tests
No TB
TB
Total
No TB
23
6
29
79 % specificiteit
TB
1
9
10
90 % sensitiviteit
Total
24
15
39
KIT Biomedical Research
% correct
Future studies, searching for Biomarkers Metabolomics •
Volatile Organic compounds (VOCs) are characteristic for a disease
• •
Using advanced mass spectrometric techniques
•
When known build specific sensors for these VOCs
•
Breath analysis will be possible in the future
KIT Biomedical Research
Ademanalyse opstelling LUMC Peter Sterk en medewerkers
KIT Biomedical Research
Detectie van M.tuberculosis RNA via klassieke dotblot hybridisatie In de toekomst via lab on a chip door samenwerking in MicroNed
KIT Biomedical Research
NanoChip workstation from Nanogen San Diego
KIT Biomedical Research
Carbon nano tubes and wires Sumio Iijima 1991
Application in: Semiconductors MRI contrast agents Sensors DNA/RNA proteins Gas sensors Targeted killing of cancer cells Spintronics Qubits FETS LEDS KIT Biomedical Research
