Breath analysis of Volatile Organic Compounds for early-stage disease detection using nanomaterials

Είναι ευρέως αποδεκτό πως η διάγνωση μιας ασθένειας σε πρώιμο στάδιο είναι εξαιρετικής σημασίας, καθώς αυξάνει την πιθανότητα επιτυχούς θεραπείας, σε αντίθεση με την διάγνωση σε προχωρημένο στάδιο. Η μειωμένη συμμόρφωση των ασθενών προς τις υπάρχουσες διαγνωστικές μεθόδους, ωστόσο, παρεμποδίζει την έγκαιρη διάγνωση, καθιστώντας την ανάπτυξη μη-επεμβατικών διαγνωστικών μέσων επιτακτική ανάγκη. Η ανάλυση του εκπνεόμενου αέρα αποτελεί μια από τις πιο υποσχόμενες μη-επεμβατικές διαγνωστικές μεθόδους, προσελκύοντας το ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια. Οι Πτητικές Οργανικές Ενώσεις που περιέχονται στον εκπνεόμενο αέρα θεωρούνται πιθανοί βιοδείκτες, εξαιρετικής σημασίας, για ένα πλήθος διαφορετικών ασθενειών. Η διαγνωστική ικανότητα διαφορετικών συνόλων πτητικών οργανικών ενώσεων έχει αναδειχθεί, τόσο με τη χρήση αναλυτικών τεχνικών όσο και – κυριότερα – με τη χρήση αισθητήρων αερίων. Η όλο και εντονότερη ανάπτυξη καινοτόμων νανοϋλικών, κατάλληλων για την δημιουργία αισθητήριων μέσων, επιτρέπει την ανάπτυξη αποτελεσματικότερων διαγνωστικών αισθητήρων, αποτελώντας, συνεπώς, ένα σημαντικό σύγχρονο ερευνητικό πεδίο. Η συγκεκριμένη εργασία στοχεύει, αρχικά, στην παρουσίαση των διαφόρων τύπων νανοϋλικών και αισθητήρων που μελετώνται για διαγνωστικές εφαρμογές. Εν συνεχεία – λαμβάνοντας υπόψιν την σημασία της συνετής και οργανωμένης επιλογής των αισθητήριων υλικών ενός αισθητήρα – παρουσιάζεται μια επισκόπηση των παραγόντων που επηρεάζουν την αλληλεπίδραση των πτητικών οργανικών ενώσεων με πολυμερικά υμένια – ένα κοινό συστατικό των αισθητήριων μέσων. Τέλος, προτείνεται μια σειρά πολυμερών, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την δημιουργία χημικών αισθητήρων αντίστασης, βασισμένων σε μεταλλικά σωματίδια επικαλυμμένα με πολυμερικά υμένια, με στόχο την ανίχνευση εκπνεόμενων πτητικών οργανικών ενώσεων που έχουν χαρακτηριστεί επαναλαμβανόμενα ως πιθανοί βιοδείκτες για το Άσθμα, την Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια, τον Καρκίνο του Πνεύμονα και τον Καρκίνο του Μαστού.Undoubtedly, early-stage disease diagnosis is of particular importance, increasing the chances for effective treatment, in comparison to advanced-disease stages. Lack of patient compliance for the existing diagnostic methods, however, limits prompt diagnosis, rendering the development of non-invasive diagnostic tools mandatory. One of the most promising non-invasive diagnostic methods that has attracted the research interest during the last years is breath analysis. Volatile Organic Compounds (VOCs) contained in the exhaled breath are considered as important potential biomarkers of various types of diseases. The diagnostic ability of VOC-patterns detection using analytical techniques and, especially, sensors, has been demonstrated. The progressive development of novel nanomaterials, suitable for sensing element creation, enhances the development of effective diagnostic sensors, comprising a major topic of current research. The current thesis aims, firstly, to present an overview of the various types of nanomaterials and sensors investigated for diagnostic sensors development. Further on, taking into consideration the importance of sensible sensing-material selection, the parameters affecting the interactions of VOCs with polymers – a common component of sensing elements – are summarized. Last but not least, a series of polymers that could potentially detect repeatedly identified VOCs as potential biomarkers of asthma, COPD, lung and breast cancer, using a polymer coated-MNSs based chemiresistor are proposed

Recreating the Amoeba Violin Using Physical Modeling and Augmented Reality

The Amoeba violin is a bowed string instrument present at the Danish Music Museum in Copenhagen. The instrument is not played anymore due to its unpleasant sonorities and uncomfortable shape. In this paper we recreate the Amoeba violin using extended reality technologies and sound synthesis by physical models. We design and evaluate two applications that can be used either at the museum (augmented reality version) or at home (desktop version) to learn about the history of the instrument and its sonorities. The app was created for the Danish Music Museum, Musikmuseet, located in Copenhagen, in response to the demand for reduced contact of shared surfaces and official calls to stay indoors that followed the COVID-19 outbreak in 2020. User testing on both versions shows that they both are considered easy-to-access and educative, however the AR version was more favoured overall

Prevalence of antithyroid anti-TPO and anti-Tg antibodies: correlation with thyroid volume and urine iodine in children 5-15 years age

The determination of the expected normal values of various parameters of thyroid function in an iodine replete area, their modification by age, puberty and body size has practical and theoretical implications. Both a strong genetic background and environmental factors are believed to be involved in thyroid autoimmunity. The aim of our study was to determine: a) the values of thyroid volume, the concentration of thyroid antibodies (anti-TPO and anti-Tg), thyroid hormones and thyroid autoimmunity in serum and the prevalence of subclinical hypothyroidism in an iodine replete area b) the effect of age and puberty on these parameters. We examined 440 health, schoolchildren of middle class families, living in the Athens area, aged 5 to 18 years (mean±SD=10±2.9). In the study, we also enlisted 123 mothers of these schoolchildren randomly selected. The following parameters were assessed: height, weight, puberty according to Tanner’s criteria, Body Mass Index (BMI), BMIsds, Body Surface Area (BSA), urine iodine concentration, thyroid volume by ultrasonography, thyroid hormones, anti-TPO and anti-Tg, using validated techniques. Based on the TSH value of 97th percentile, subclinical hypothyroidism was determined. The prevalence of thyroid autoimmunity, as defined by positive serum anti-TPO and/or anti-Tg and the echographic pattern of the thyroid gland has the characteristic diffuse or irregular hypoechogenicity was 2.5%. The prevalence of positive anti-TPO and anti-Tg was 4.6% (3.2% in boys and 5.8% in girls, p=0.249) and 4.3% (3% in boys and 5.4% in girls, p=0.312) respectively. In girls, the prevalence of positive anti-TPO was higher in Tanner stage II-V compared to Tanner stage I (8.2% vs 2.2%, p<0.05). Of girls with increased TSH levels, 84.6% and 66.7% had positive anti-TPO and anti-Tg levels, respectively, compared to 15.4% and 5.8% of girls with normal TSH levels, respectively (χ2 test, p=0.015). In children, positive anti-TPO and anti-Tg levels were associated with significantly higher concentration of TSH (p=0.011). The mothers of anti-ΤΡΟ positive children had positive anti-ΤΡΟ more frequently compared to mothers of anti-ΤΡΟ Ab negative children (82% vs 18%, p=0.0005). The mothers of anti-Τg positive children had positive anti-Τg more frequently compared to mothers of anti-Τg negative children (75% vs 25%, p=0.002). Thyroid volume was increased with age, body surface area and puberty more in boys than in girls. The mean thyroid volume in boys at stage Tanner I was 3.4±1.3 ml and at stage Tanner II-V 7.3±2.7 ml; in girls at stage Tanner I mean thyroid volume was 3.7±1.7 ml and at stage Tanner II-V it was 5.9±2.8 ml. In girls, positive anti-TPO and anti-Tg levels were associated with significantly greater thyroid volume. ..............................................................................................Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν: α) η οριοθέτηση των τιμών του μεγέθους του θυρεοειδή, της συγκέντρωσης των αντιθυρεοειδικών αντισωμάτων, της αυτοάνοσης θυρεοειδίτιδας, των θυρεοειδικών ορμονών στο αίμα και της συχνότητας του υποκλινικού υποθυρεοειδισμού σε περιοχή με επάρκεια ιωδίου β) ο καθορισμός της εξελικτικής πορείας των παραπάνω παραμέτρων με την ηλικία και τα στάδια ενήβωσης ξεχωριστά για τα δύο φύλα Μελετήθηκαν 440 υγιή παιδιά, ηλικίας 5-18 ετών (μέση ηλικία±ΣΑ=10±2.9 έτη) μέσης αστικής τάξης που διέμεναν στον Νομό Αττικής και 123 μητέρες των μαθητών. Στα παιδιά εκτιμήθηκαν: το ύψος, το βάρος, το στάδιο ενηβώσεως κατά Τanner, ο ΔΜΣ, η Επιφάνεια Σώματος (ΕΣ), η συγκέντρωση του ιωδίου στα ούρα, το μέγεθος του θυρεοειδούς αδένα (υπερηχογραφικά),οι θυρεοειδικές ορμόνες και τα αντιθυρεοειδικά αντισώματα με καθιερωμένες τεχνικές. Με βάση τις τιμές TSH της 97ης Εκατοστιαίας Θέσης (ΕΘ) υπολογίσθηκε η συχνότητα του υποκλινικού υποθυρεοειδισμού. Η συχνότητα της αυτοάνοσης θυρεοειδίτιδας ήταν 2.5%, των θετικών αντι-ΤΡΟ ήταν 3.2% στ’ αγόρια, 5.8% στα κορίτσια, 4.6% στο συνολικό πληθυσμό και αυξήθηκε στην εφηβεία, περισσότερο στα κορίτσια απ’ότι στα αγόρια. Η συχνότητα των θετικών αντι-Tg ήταν 3% στα αγόρια, 5.4% στα κορίτσια και 4.3% στο συνολικό πληθυσμό. Η μέση τιμή της TSH ήταν μεγαλύτερη, στα παιδιά που είχαν θετικά αντι-ΤΡΟ και αντι-Tg σε σχέση με τα παιδιά που είχαν αρνητικά αντι-ΤΡΟ και αντι-Tg (p=0.011). Από τα κορίτσια με αυξημένες τιμές TSH, 84.6% είχαν θετικά αντι-ΤΡΟ συγκρινόμενα με 15.4% των κοριτσιών με φυσιολογικά επίπεδα TSH. 40% των παιδιών με αυξημένες τιμές TSH, είχαν θετικά αντι-Τg συγκρινόμενα με 4.8% των παιδιών με φυσιολογικά επίπεδα TSH. Θετικά αντι-ΤΡΟ διαπιστώθηκαν σε 82% των μητέρων των οποίων τα παιδιά είχαν θετικά αντισώματα ενώ στις μητέρες παιδιών με αρνητικά αντι-ΤΡΟ η συχνότητα αντι-ΤΡΟ ήταν 18%(p<0.0005). Θετικά αντι-Τg διαπιστώθηκαν σε 75% των μητέρων των οποίων τα παιδιά είχαν θετικά αντισώματα ενώ στις μητέρες παιδιών με αρνητικά αντι-Τg η συχνότητα αντι-Τg ήταν 25%(p<0.002). Το μέγεθος του θυρεοειδή αδένα αυξήθηκε με την ηλικία, την επιφάνεια σώματος και τα στάδια ενήβωσης περισσότερο στ’ αγόρια απ’ότι στα κορίτσια. Η μέση τιμή±ΣΑ του όγκου του θυρεοειδή στα αγόρια στο στάδιο Tanner I ήταν 3.4±1.3 ml και στα στάδια Tanner II-V 7.3±2.7 ml. Οι αντίστοιχες τιμές στα κορίτσια ήταν 3.7±1.7 ml και 5.9 ±2.8 ml. Ο όγκος του θυρεοειδή συσχετίζεται με την παρουσία αντι-TPO και αντι-Tg μόνο στα κορίτσια. .......................

Breath Analysis: A Promising Tool for Disease Diagnosis&mdash;The Role of Sensors

Early-stage disease diagnosis is of particular importance for effective patient identification as well as their treatment. Lack of patient compliance for the existing diagnostic methods, however, limits prompt diagnosis, rendering the development of non-invasive diagnostic tools mandatory. One of the most promising non-invasive diagnostic methods that has also attracted great research interest during the last years is breath analysis; the method detects gas-analytes such as exhaled volatile organic compounds (VOCs) and inorganic gases that are considered to be important biomarkers for various disease-types. The diagnostic ability of gas-pattern detection using analytical techniques and especially sensors has been widely discussed in the literature; however, the incorporation of novel nanomaterials in sensor-development has also proved to enhance sensor performance, for both selective and cross-reactive applications. The aim of the first part of this review is to provide an up-to-date overview of the main categories of sensors studied for disease diagnosis applications via the detection of exhaled gas-analytes and to highlight the role of nanomaterials. The second and most novel part of this review concentrates on the remarkable applicability of breath analysis in differential diagnosis, phenotyping, and the staging of several disease-types, which are currently amongst the most pressing challenges in the field

Increased prevalence of chronic autoinimune (Hashimoto&apos;s) thyroiditis in children and adolescents with vitiligo

Background: Art increased prevalence of autoimmune (Hashimoto’s) thyroiditis in adult patients with vitiligo has been described. This association has scarcely been studied in children. Objective. We sought to assess children and adolescents with vitiligo for autoimmune thyroid disorder and to identify any predisposing factors of this association. Methods: In all, 54 children and adolescents (23 boys, 31 girls; mean age 11.4 years) with known vitiligo were studied by physical examination and laboratory studies. Results: Four patients with vitiligo were already known to have Hashimoto’s thyroiditis. in 9 of the remaining 50 patients, autoimmune thyroiditis was revealed at the time of the investigation. Of the 54 patients with vitiligo, 13 (24.1%) had autoimmune thyroiditis as compared with 9.6% of school-aged children from an iodine-replete area of Greece (P = .002). There was no association between thyroiditis and clinical type of vitiligo, age at onset, mean duration of vitiligo, or sex. Conclusions: Hashimoto’s thyroiditis is 2.5 times more frequent among children and adolescents with vitiligo than in a healthy age- and sex-matched Population. It usually follows the onset of vitiligo. We propose that children and adolescents with vitiligo should be screened annually for thyroid dysfunction, particularly autoimmune thyroiditis