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See detailMedical Application: Breath Volatile Compounds in Asthma Patients
Stefanuto, Pierre-Hugues ULiege; Zanella, Delphine ULiege; dejong, Thibaut et al

Scientific conference (2019, June)

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See detailRapid screening of complex biological matrices: Utilizing kendrick mass defect for group type evaluation of GC×GC-HR(EI)ToF/MS data
Weggler, Benedikt ULiege; Gruber, Beate; Zanella, Delphine ULiege et al

Poster (2019, May 13)

Characterization of highly complex matrices implicates scientific challenges such as wide presence of “true” unknowns, concentration ranges of various compound classes and limited, available amounts of ... [more ▼]

Characterization of highly complex matrices implicates scientific challenges such as wide presence of “true” unknowns, concentration ranges of various compound classes and limited, available amounts of sample. Cutting-edge, discovery based separation techniques such as multidimensional gas chromatography coupled to high-resolution time-of-flight mass spectrometry (GCxGC-HRToF/MS), are commonly applied to such analytical challenges. Nevertheless, most studies focus on target analysis and tend to disregard important details of the sample composition. The high separation capacity of GCxGC-ToF/MS allows for in-depth chemical analysis of the molecular composition. However, high amounts of data, containing several thousands of compounds per experiment, are generally acquired during such analyzes. Coupling GCxGC to high-resolution mass spectrometry (HRMS) further increases the amount of data and therefore requires advanced data reduction and mining techniques. Commonly, the main approach for the evaluation of dense data sets either focuses on the chromatographic separation for e.g. group type analysis, or utilizes exact mass data applying Kendrick Mass Defect (KMD) analysis or van Krevelen plots. The presented approach integrated the accurate mass data into the chromatographic information by combining KMD information and knowledge-based rules. This combination allows for fast, visual data screening as well as first quantitative estimation of the sample's composition. Moreover, the resulted sample classification significantly reduces the number of variables, allowing distinct chemometric analysis in non-targeted studies such as detailed hydrocarbon analysis (DHA), environmental and forensic investigations. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailOptimizing of TD-GC×GC-HRTOFMS for the profiling of cannabis blends
Dubois, Lena ULiege; Ledent, Maxime ULiege; Franchina, Flavio ULiege et al

Poster (2019, May 13)

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See detailIn vitro characterization of lung inflammation mechanisms
Zanella, Delphine ULiege; Dejong, Thibaut; SCHLEICH, FLorence ULiege et al

Poster (2019, May 13)

Exhaled breath analysis has a high potential for early non-invasive diagnosis of lung conditions. Most of lung diseases involve a certain level of inflammation. The characterization of the ongoing ... [more ▼]

Exhaled breath analysis has a high potential for early non-invasive diagnosis of lung conditions. Most of lung diseases involve a certain level of inflammation. The characterization of the ongoing inflammation processes is crucial to define proper medication. The inflammation processes are associated with oxidative stress, which yields to the conversion of chemical from the membranes (as polyunsaturated fatty acids) into volatile compounds secreted by the lungs1. The understanding of the metabolic pathways involved in volatile markers production could open new therapeutic routes for inflammatory diseases. In this study, the lung inflammation was simulated in vitro. A549 epithelial cells, originally isolated from human alveoli, were cultured with and without oxidative agents (from chemical or biological origins) as part of a discovery study for lung inflammation mechanisms characterization. The cell culture volatile organic compounds (VOCs) were extracted by solid phase micro-extraction (SPME) and thermal desorption (TD) and analyzed by comprehensive two-dimensional gas chromatography hyphenated to time-of-flight mass spectrometers (GC×GC-TOFMS). The complete analytical workflow was optimized using central composite design model. On the processing side, different models were designed to compare the volatile profile of the epithelial cells in different inflammatory conditions. Univariate and multivariate feature selection approaches, i.e. Fisher Ratio and Random Forest, were then used to identify specific inflammatory markers. Based on the output, cross-comparison with metabolic pathways databases (e.g. KEGG) was performed. This work is setting up the basis of a multimodal and biomedical project on lung inflammation characterization. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailPhenotypage de l'asthme par volatilomique de l'haleine
Zanella, Delphine ULiege; Stefanuto, Pierre-Hugues ULiege; SCHLEICH, FLorence ULiege et al

Conference (2019, March 26)

L’asthme est l’une des maladies inflammatoires chroniques les plus répandues dans le monde, touchant 235 millions de personnes. Cela représente un problème majeur de santé publique dû aux coûts élevés ... [more ▼]

L’asthme est l’une des maladies inflammatoires chroniques les plus répandues dans le monde, touchant 235 millions de personnes. Cela représente un problème majeur de santé publique dû aux coûts élevés, estimés à 19,3 milliards d’euros par an, liés au traitement et au diagnostic. L’asthme est caractérisé par différents mécanismes inflammatoires des voies respiratoires. En fonction du profil inflammatoire, le traitement le plus adapté sera différent. C’est pourquoi, les traitements actuels ne sont pas efficaces pour une majorité des patients. Le développement de méthode pouvant caractériser efficacement les différents types d’asthme (éosinophilique, neutrophilque, paucigranulocytique, mixte-granulocytique) permettrait l’établissement de traitement personnalisé. L’utilisation de l’haleine comme outils de diagnostic permettrait l’établissement d’une procédure non-invasive pour le suivi de l’asthme. Dans cette étude, nous avons analysé les composés organiques volatils provenant de l’haleine de 521 patients. Les échantillons ont été collectés dans des sacs Tedlar®. Cette étude a été réalisée en deux phases cliniques. La chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) a été utilisée lors de la première phase. Sept composés ont été identifiés comme marqueurs potentiels de l’asthme par utilisation d’algorithmes d’apprentissage automatique. La phase de validation a été réalisée en analysant l’haleine de 245 patients par chromatographie gazeuse bidimensionnelle exhaustive couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (GC×GC-HRTOFMS). Cette phase de validation a confirmé l’efficacité de cinq composés. L’utilisation des indices de rétention, de la haute résolution et de l’injection de standards internes ont permis l’identification robuste des composés cibles. Dans les deux phases cliniques, les courbes ROC (receiver operating characteristic) ont été construites pour évaluer la performance de la classification dans un scénario de classification binaire. Chaque cohorte de patients a été divisée en un deux sets : un set d’apprentissage servant à la construction du modèle statistique et un set de validation. La phase clinique de validation a confirmé l’efficacité de cinq composés pour la classification des patients sur base de leur phénotype avec une précision de 70%, 60% et 64%. Ces molécules cibles fonctionnent mieux que les méthodes classiques de diagnostiques basées sur l’analyse sanguine ou du NO. La combinaison des analyses sanguines, de mesure du NO et des molécules volatiles cibles fournit la meilleure performance de classification avec une précision de 76%. Cette étude représente la première étude clinique à grande échelle dans le domaine des méthodes de diagnostic basée sur l’haleine. Elle a permis l’identification de marqueurs permettant le phénotypage des patients asthmatiques. Cette étude démontre le potentiel de l’analyse d’haleine pour le diagnostic clinique. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailImportance du type d'absorbant pour l'échantillonnage des volatils : application sur les cultures bactériennes et l'haleine
Zanella, Delphine ULiege; Franchina, Flavio ULiege; Stefanuto, Pierre-Hugues ULiege et al

Poster (2019, March)

Les composés organiques volatils bactériens (VOC) sont considérés comme des biomarqueurs sensibles et spécifiques pour le phénotypage bactérien dans les biofluides humains (haleine, sang, urine, etc.) et ... [more ▼]

Les composés organiques volatils bactériens (VOC) sont considérés comme des biomarqueurs sensibles et spécifiques pour le phénotypage bactérien dans les biofluides humains (haleine, sang, urine, etc.) et dans les milieux de culture. La possibilité d'utiliser les VOCs pour l'identification bactérienne ouvre de nouvelles possibilités pour la mise au point de techniques de diagnostiques plus efficaces. Outre les différences biologiques des environnements in-vivo et in-vitro, il est essentiel d'utiliser la même technique d’échantillonnage pour la caractérisation et la validation de biomarqueurs. Dans cette étude, la chromatographie gazeuse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse (GC×GC-MS) a été utilisée pour comparer et évaluer différents adsorbants de tubes de désorption thermique pour l’échantillonnage des VOCs. Plus précisément, les paramètres suivants ont été évalués pour chaque adsorbant: sensibilité, sélectivité, reproductibilité et linéarité. Cinq adsorbants différents (Carbopack Y, X, B, Carboxen 1000 et Tenax), utilisés individuellement ou en combinaison, ont été testés sur un mélange de standards (15 composés). Les meilleures sensibilité et reproductibilité ont été obtenues pour les tubes conditionnés avec du Tenax. Les deux tubes de désorption thermique les plus performants, Tenax et Carbopack Y + X + Carboxen 1000, ont également été évalués sur des cultures de E. coli, S. aureus et P. aeruginosa. Ces deux types de tubes ont pu distinguer les 3 types de culture bactérienne, mais une amélioration de la sensibilité et de la reproductibilité a été obtenue avec les tubes Tenax. Une comparaison similaire sur les performances des tubes a été effectuée sur des échantillons d'haleine. [less ▲]

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Peer Reviewed
See detailDéveloppement et validation d'une méthode de diganostique non-ciblée pour la caractérisation des fluides pulmonaires
Zanella, Delphine ULiege; Stefanuto, Pierre-Hugues ULiege; Dubois, Lena ULiege et al

Poster (2019, March)

L’amélioration constante de l’instrumentation analytique génère un intérêt croissant dans les études métabolomiques. Dans ce contexte de caractérisation de mélanges complexes, la chromatographie gazeuse ... [more ▼]

L’amélioration constante de l’instrumentation analytique génère un intérêt croissant dans les études métabolomiques. Dans ce contexte de caractérisation de mélanges complexes, la chromatographie gazeuse bidimensionnelle (GC×GC) constitue une solution efficace pour obtenir un aperçu complet de la composition des échantillons. Cependant, l’augmentation de la résolution analytique s'accompagne d'une augmentation de la complexité des données générées [1,2]. Pour garantir l'utilisation correcte de l'instrumentation analytique, l’optimisation de la méthode et l’établissement d’un protocole de contrôle qualité (QC) adéquats et clairement définis sont nécessaires. Malheureusement, peu d'études GC×GC non ciblées présentent ces aspects importants et une utilisation abusive des termes validation et semi-quantification est florissante dans les publications. Ces biais conduisent au problème général du manque de reproductibilité des études en science, souligné dans les publications récentes de Nature [3,4]. Pour résoudre ce problème, plusieurs initiatives, telles que l'initiative de normalisation en métabolomique (MSI), ont établi des directives générales pour éviter ce manque de robustesse analytique [5,6].Cette étude présente l'application et l'adaptation des directives MSI pour l'analyse de mélanges volatils à l'aide de la GC×GC-TOFMS. Pour illustrer cette approche, les profils volatils de fluide de lavage bronchoalvéolaire (BALF) ont été analysés. Cette procédure médicale est largement répandue et fournit des informations importantes sur les processus immunologiques, inflammatoires et infectieux des voies respiratoires. Tout d'abord, une solution de QC a été créée en regroupant des échantillons de BALF provenant de différents patients. Cette solution a ensuite été utilisée pour l’optimisation de la méthode, c’est-à-dire l’échantillonnage ainsi que les conditions chromatographiques. Sur base des conditions optimales, la validation a été effectuée. La solution QC a également été utilisée comme base pour la mise en œuvre d'un protocole de contrôle de qualité pour l'analyse de volatils dans les matrices biologiques. Cette étude a pour objectif de fournir des conseils pour l’établissement d’une stratégie analytique robuste pour les analyses non ciblées. References 2. Stefanuto, P. H. et al. Advanced method optimization for volatile aroma profiling of beer using two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry. J. Chromatogr. A 1507, 45–52 (2017). 3. Monya Baker. Seek out stronger science. Nature 537, 703–704 (2016). 5. Sumner, L. W. et al. Proposed minimum reporting standards for chemical analysis: Chemical Analysis Working Group (CAWG) Metabolomics Standards Initiative (MSI). Metabolomics 3, 211–221 (2007). [less ▲]

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See detailImportance of sorbent material selection for VOCs sampling: application on bacterial cultures and breath
Franchina, Flavio ULiege; Zanella, Delphine ULiege; Stefanuto, Pierre-Hugues ULiege et al

Scientific conference (2018, November 08)

Bacterial volatile organic compounds (VOCs) have been considered as sensitive and specific biomarkers for bacterial phenotyping in both human biofluids (breath, blood, urine, etc.) and culture media. The ... [more ▼]

Bacterial volatile organic compounds (VOCs) have been considered as sensitive and specific biomarkers for bacterial phenotyping in both human biofluids (breath, blood, urine, etc.) and culture media. The possibility of using VOCs markers for bacterial identification would open a new frontier for developing more efficient diagnostic techniques of infections. Besides the biological differences in in vivo/in vitro environments, the importance of using the same sampling technique and sorbent phase is crucial for the translation and validation of biomarker discovery. In the present contribution, GC×GC-MS was exploited to compare and evaluate different adsorption materials for thermal desorption tubes for VOCs sampling. Specifically, the following parameters were evaluated: sensitivity, selectivity, reproducibility and linear range. Five different adsorbent materials (Carbopack Y, X, B, Carboxen 1000 and Tenax), packed singularly or in combination, were tested on a standard mixture (15 compounds). The tubes packed with Tenax showed the best reproducibility (max 14% RSD) and sensitivity, with ~24 average fold increase compared to Carbopack Y+X+Carboxen 1000, which was second in terms of sensitivity. The two better performing thermal desorption tubes, Tenax and Carbopack Y+X+Carboxen 1000, was also evaluated on E. coli, S. aureus, and P. aeruginosa cultures. Both tubes were able to discriminate between the 3 culture types, but improved sensitivity and reproducibility were obtained with Tenax tubes. A similar comparison on tube performances was carried out on breath samples. [less ▲]

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See detailBreath Print for Asthma Phenotyping
Zanella, Delphine ULiege; Stefanuto, Pierre-Hugues ULiege; SCHLEICH, FLorence ULiege et al

Scientific conference (2018, November 08)

Asthma is one of the most prevalent chronic disorder worldwide, affecting 235 million people. This represents a serious public health issue associated with high health costs, mainly due to the diagnosis ... [more ▼]

Asthma is one of the most prevalent chronic disorder worldwide, affecting 235 million people. This represents a serious public health issue associated with high health costs, mainly due to the diagnosis and treatment. A European study has estimated the total cost of asthma to 19.3 billion euros/year. Asthma is characterized by an inflammation of the airways, involving several different underlying mechanisms. Current therapies remain ineffective in a large proportion of patients. Therefore, the characterization of the different inflammation phenotypes (i.e. eosinophilic, neutrophilic, paucigranulocytic, mixed-granulocytic asthma) is of great importance to provide personalized treatment. Volatile organic compounds from breath of 245 asthmatic patients covering a range of four different asthma phenotypes were analyzed. The breath samples were collected into Tedlar® bags. Thermal desorption coupled with comprehensive two-dimensional gas chromatography – high resolution time-of-flight mass spectrometry was applied for the analysis. The data were split between training and test (60-40%). Random forest algorithm was used to investigate the ability of exhaled breath VOCs to distinguish between the inflammatory profiles. The random forest algorithm was built on 7 significant features highlighted in a first discovery study. ROC curve were constructed to evaluate the classification performance in pair-classification scenario. The AUROC classifications reached 0.71, 0.68 and 0.70 with 70%, 60% and 64% of accuracy. This first large-scale confirmatory study permitted the discrimination of patients according to their respective phenotypes. The present study shows that breath VOCs analysis is an efficient approach for asthma phenotyping and is going to lead to further development in clinical diagnosis. [less ▲]

Detailed reference viewed: 45 (11 ULiège)
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Peer Reviewed
See detailGC×GC-(HR)-TOFMS for Metabolomics and Volatilomics
Focant, Jean-François ULiege; Zanella, Delphine ULiege; Di Giovanni, Nicolas ULiege et al

Conference (2018, June)

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See detailGC×GC-(HR)TOFMS : A KEY PLAYER IN YOUR TOOL BOX FOR MEDICAL APPLICATIONS
Stefanuto, Pierre-Hugues ULiege; Zanella, Delphine ULiege; Dubois, Lena ULiege et al

Scientific conference (2018, May)

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