Analisi quantitativa del profilo lipidico del surfattante polmonare in bambini con cardiopatia congenita sottoposti ad intervento chirurgico con circolazione extracorporea

Introduction. The recent advances in mass spectrometry techniques made it possible to dive deeper into the analysis of different biological samples metabolites. Particularly, one of the disciplines that gained a lot of interest is lipidomics, the study of the lipids profile and its relation to the organism homeostasis. Congenital heart diseases are a group of malformations that affect the heart and the great vessels, often coupled with alterations of the lungs: these can be also reflected in alterations of the pulmonary surfactant, a lipoproteic complex rich in phospholipids present on the alveoli surface with a primary role in the breathing mechanisms. Aims. In this study a method was developed for the analysis of the pulmonary surfactant obtained from tracheal aspirates. Samples of children with congenital heart disease and undergoing cardiopulmonary bypass surgery were then analysed to compare the variation in lipidic composition between pre and post-surgery, and to observe any differences between the two groups showing different lung mechanics (low pulmonary blood flow, high pulmonary blood flow). Materials and methods. The method development consisted in preliminary analyses of different compounds in order to obtain a better identification, followed by selection of the best sample extraction method and determination of its experimental parameters. To test the method, 24 patients under 5 years of age were recruited, and tracheal aspirates at the beginning and the end of cardiopulmonary bypass were collected; these patients were separated in two groups based on the pulmonary hemodynamic type. Results and discussion. Preliminary analysis enabled to determine the preferential polarity and adducts of the different lipid classes, and to create a library for the automatic compound recognition. The choice for the extraction method was the monophasic isopropanol extraction, which had an almost complete recovery for all the analysed species. The method proved to have good parameters for the linearity, the limit of detection and the limit of quantitation. Statistical analyses on the samples lipid species highlighted significant differences in the pre-surgery comparison between groups, and inside the groups some lipid species were found to change significantly from pre- to post-surgery. Conclusions. The developed method led to good results in the quantitation of lipids in the analysed samples. The comparison between times and groups allowed to highlight some interesting species, and the results can help understand the mechanism behind lung damage due to the type of congenital heart disease and the cardiopulmonary bypass, allowing to develop a personalised therapy based on the needs of the patient.

Introduzione. Grazie agli ultimi avanzamenti nelle tecniche di spettrometria di massa è stato possibile approfondire le analisi dei metaboliti di diversi campioni biologici. In particolare, una disciplina che negli ultimi anni ha suscitato un particolare interesse è la lipidomica, cioè lo studio del profilo lipidico e delle relazioni tra la composizione quali- e quantitativa delle classi lipidiche e l’omeostasi dell’organismo. Le cardiopatie congenite sono delle malformazioni a livello di cuore e grandi vasi che sono spesso accompagnate da alterazioni a livello polmonare: queste si riflettono anche nel surfattante polmonare, un complesso lipoproteico ricco in fosfolipidi dalle proprietà tensioattive, presente sulla superficie degli alveoli ed il cui ruolo è fondamentale nei meccanismi di respirazione. Obiettivi. In questo studio si è sviluppato un metodo per l’analisi del surfattante polmonare a partire da campioni di aspirato tracheale. Si sono poi analizzati campioni provenienti da bambini con cardiopatia congenita sottoposti a intervento di correzione chirurgica con circolazione extracorporea, per confrontare la variazione nella composizione lipidica tra pre- e post-operatorio e per osservare le differenze tra due gruppi con diversa meccanica polmonare (ipoafflusso ed iperafflusso). Materiali e metodi. Lo sviluppo del metodo ha previsto delle analisi preliminari su diversi composti per migliorarne l’identificazione, per poi proseguire con la scelta di un metodo di estrazione e la determinazione dei parametri sperimentali di quest’ultimo. Sono stati reclutati 24 pazienti di età inferiore a 5 anni, dai quali sono stati prelevati gli aspirati tracheali ad inizio e fine della circolazione extracorporea; questi pazienti sono stati divisi in due gruppi in base al tipo di emodinamica polmonare, e i campioni sono stati estratti ed analizzati con il metodo sviluppato. Risultati e discussione. Le analisi preliminari hanno permesso di determinare polarità ed addotti preferenziali delle diverse classi lipidiche, nonché di creare una libreria per il riconoscimento automatico dei composti. La scelta del metodo di pretrattamento è ricaduta sull’estrazione monofasica con isopropanolo, che ha dato il recovery migliore per tutte le specie in analisi. Il metodo si è dimostrato avere dei buoni parametri per quanto riguarda la linearità della risposta, il limite di rilevabilità e il limite di quantificazione. Le analisi statistiche sulle specie lipidiche dei campioni hanno evidenziato differenze significative nel confronto pre-operatorio tra gruppi, e nel confronto intergruppo tra pre- e post-operatorio sono state evidenziate alcune specie lipidiche variate in maniera significativa. Conclusioni. Il metodo sviluppato ha dato buoni risultati nella quantificazione dei lipidi presenti nei campioni analizzati. Il confronto tra tempi e gruppi ha permesso di evidenziare alcune specie interessanti, ed i risultati ottenuti possono essere utili per comprendere i meccanismi di danno respiratorio dovuti al tipo di cardiopatia e all’utilizzo della circolazione extracorporea, permettendo di sviluppare una terapia personalizzata in base alle esigenze del singolo paziente.