Molekulární markery pro stratifikaci rizika časných a pozdních komplikací u pacientů s inhalačním traumatem

Mgr. Kateřina Vyklická, Ph.D.

Disertační práce

Molecular markers for risk stratification of early- and late-onset complications in patients with inhalation injury

Anotace:

Inhalační trauma (INHI) je relativně vzácné poškození dýchacího traktu, jehož příčinou je vdechnutí horkého kouře či toxických plynů. Většinou je diagnostikováno u popálených pacientů, může se však vyskytnout i u pacientů bez jakýchkoli zevních známek poranění. Hlavní překážkou v léčbě INHI je v současnosti komplikovaná diagnostika a absence jednotného terapeutického postupu. Identifikace potenciálních biomarkerů, které by napomohly objektivizaci při určení diagnózy, nebo při jednoznačném určení závažnosti a prognózy INHI, včetně určení rizika infekčních komplikací, by mohlo vést ke zlepšení personalizované péče o tyto pacienty. Proto cílem dizertační práce bylo vytipovat potenciální kandidátní biomarkery pro INHI, a to ze tří různých oblastí: i) toxické látky, ii) microRNA (miRNA), a iii) mikrobiom dýchacího traktu. Tato dizertační práce je koncipovaná jako komentovaný soubor 1 prvoautorského a 1 spoluautorského článku, a také dalších prací v recenzním řízení (1 prvoautorské a 1 spoluautorské práce), které spadají do zmíněných oblastí studia potenciálních biomarkerů INHI, nebo se zabývají epidemiologií INHI a mikrobiologického nálezu v dolních dýchacích cestách u ventilovaných pacientů. Na souboru 13 pacientů s INHI, kteří byli prospektivně sledováni během jejich hospitalizace, byla provedena analýza toxických organických sloučenin, miRNomu a bakteriomu v bronchoalveolární laváži (BAL), v moči odebrané katetrem a případně i dalších matricích (krev, orální a orofaryngeální stěry). Množství metabolitů polycyklických aromatických uhlovodíku (OH-PAHs) a také zvýšená exprese miRNA-34c-3p byli asociovány s vysokým stupněm INHI, a tedy i s horší prognózou. Při analýze bakteriomu párových orálních vzorků a BAL bylo potvrzeno, že dutina ústní může sloužit jako zdroj patogenů pro mikrobiální osídlení dolních dýchacích cest, a bylo by tak možné využít neinvazivních odběrů z dutiny ústní při prevenci sekundárních infekčních komplikací dolních dýchacích cest. Tyto infekce nemusí být pouze bakteriální povahy, jak se ukázalo v případové studii pacienta s INHI, který zemřel v důsledků vzácné infekce způsobené environmentálními mikroskopickými houbami. Závěrem lze říci, že tato dizertační práce přináší zcela inovativní poznatky v oblasti hledání potenciálních biomarkerů pro diagnostiku a stratifikaci INHI dle závažnosti poranění. Výsledky jednotlivých studií mohou v budoucnu přispět k optimalizaci terapeutického postupu s maximálním respektem k personalizované medicíně. Tímto může být docíleno zlepšení prognózy těchto pacientů.

Abstract:

Inhalation injury (INHI) is a relatively rare form of respiratory tract damage caused by the inhalation of hot smoke or toxic gases. It most commonly is diagnosed in burn patients but may also occur in the absence of any external signs of injury. The main obstacle in the treatment of INHI currently lies in the complicated diagnostic process and the lack of a unified therapeutic approach. The identification of potential biomarkers that could aid in the objective diagnosis, the clear determination of injury severity and prognosis, and the assessment of the risk of infectious complications, could lead to improved personalized care for these patients. The aim of this dissertation was therefore to identify potential candidate biomarkers for INHI from three distinct domains: (i) toxic compounds, (ii) microRNAs (miRNAs), and (iii) the respiratory tract microbiome. This dissertation is presented as a commented collection of one first-author and one co-authored publication, along with additional manuscripts currently under peer review (one first-author and one co-authored papers). These studies focus on the investigation of potential biomarkers for INHI or address the epidemiology of INHI and microbiological finding in lower airways in ventilated patients. A cohort of 13 patients with INHI was prospectively followed during their hospitalization. Toxic organic compounds, the miRNome, and the bacteriome were analyzed in bronchoalveolar lavage (BAL), catheter-collected urine, and, where applicable, additional matrices such as blood and oral/oropharyngeal swabs. Elevated levels of polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites (OH-PAHs), as well as increased expression of miRNA-34c-3p, were associated with a higher grade of INHI and thus with poorer prognosis. Analysis of paired oral and BAL samples confirmed that the oral cavity can serve as a reservoir of pathogens for the microbial colonization of the lower respiratory tract. This suggests the potential use of non-invasive oral sampling in the prevention of secondary lower respiratory tract (LRT) infections. These infections are not necessarily of bacterial origin, as demonstrated in a case study of a patient with INHI who died as a result of a rare infection caused by environmental microscopic fungi. In conclusion, this dissertation provides entirely novel insights into the search for potential biomarkers for the diagnosis and severity-based stratification of INHI. The findings of the individual studies may contribute in the future to the optimization of therapeutic strategies, with a strong emphasis on personalized medicine, ultimately leading to improved patient outcomes.

Keywords

CZ, Inhalační trauma, Bronchoalveolární laváž, Mikrobiom, miRNA, Polycyklické aromatické uhlovodíky EN, Inhalation injury, Bronchoalveolar lavage, Microbiome, Polycyclic aromatic hydrocarbons

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 5. 8. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 9. 2025
• Vedoucí: doc. RNDr. Petra Bořilová Linhartová, Ph.D.
• Oponent: doc. MUDr. Peter Bukovčan, PhD., Prof. Enrico Bergamaschi

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Životní prostředí a zdraví / Environmentální chemie a toxikologie