Published February 12, 2024 | Version v1
Publication Open

Urinary cancer detection by the target urine volatile organic compounds biosensor platform

Creators

  • 1. Suranaree University of Technology
  • 2. Naresuan University
  • 3. Chulabhorn Hospital

Description

Volatile organic compounds (VOCs) have grown due to their crucial role in transitioning from invasive to noninvasive cancer diagnostic methods. This study aimed to assess the feasibility of the metal oxide biosensor platform using urine VOCs for detecting genitourinary cancers. Five different commercially available semiconductor sensors were chosen to detect specific VOCs (methane, iso-butane, hydrogen, ethanol, hydrogen sulfide, ammonia, toluene, butane, propane, trimethylamine, and methyl-mercaptan). Changes in electrical resistance due to temperature variations from the voltage heater were examined to characterize VOC metabolism. Logistic regression and ROC analysis were employed to evaluate potential urine VOCs for genitourinary cancer determination. This study involved 64 participants which were categorized into a cancer and a non-cancer group. The genitourinary cancer (confirmed by tissue pathology) comprised 32 patients, including renal cell carcinoma (3.1%), transitional cell carcinoma (46.9%), and prostate cancer (50%). The non-cancer comprised 32 patients, with 9 healthy subjects and 23 individuals with other genitourinary diseases. Results indicated that VOC sensors for methane, iso-butane, hydrogen, and ethanol, at a voltage heater of 2000 mV, demonstrated a significant predictive capability for genitourinary cancer with P = 0.013. The ROC of these biomarkers also indicated statistical significance in predicting the occurrence of the disease (P < 0.05). This report suggested that methane, iso-butane, hydrogen, and ethanol VOCs exhibited potential for diagnosing genitourinary cancer. Developing gas metal oxide sensors tailored to these compounds, and monitoring changes in electrical resistance, could serve as an innovative tool for identifying this specific type of cancer.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نمت المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) بسبب دورها الحاسم في الانتقال من طرق تشخيص السرطان الغازية إلى غير الغازية. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم جدوى منصة الاستشعار البيولوجي لأكسيد المعدن باستخدام المركبات العضوية المتطايرة في البول للكشف عن سرطانات الجهاز البولي التناسلي. تم اختيار خمسة مستشعرات مختلفة لأشباه الموصلات متاحة تجاريًا للكشف عن مركبات عضوية متطايرة محددة (الميثان، أيزو بيوتان، الهيدروجين، الإيثانول، كبريتيد الهيدروجين، الأمونيا، التولوين، البيوتان، البروبان، ثلاثي ميثيل أمين، وميثيل ميركابتان). تم فحص التغيرات في المقاومة الكهربائية بسبب تغيرات درجة الحرارة من سخان الجهد لتمييز استقلاب المركبات العضوية المتطايرة. تم استخدام الانحدار اللوجستي وتحليل ROC لتقييم المركبات العضوية المتطايرة المحتملة في البول لتحديد سرطان الجهاز البولي التناسلي. شملت هذه الدراسة 64 مشاركًا تم تصنيفهم إلى مجموعة سرطانية ومجموعة غير سرطانية. يتألف سرطان الجهاز البولي التناسلي (الذي أكده علم أمراض الأنسجة) من 32 مريضًا، بما في ذلك سرطان الخلايا الكلوية (3.1 ٪)، وسرطان الخلايا الانتقالية (46.9 ٪)، وسرطان البروستاتا (50 ٪). تألف غير المصابين بالسرطان من 32 مريضًا، مع 9 أشخاص أصحاء و 23 فردًا يعانون من أمراض الجهاز البولي التناسلي الأخرى. أشارت النتائج إلى أن مستشعرات المركبات العضوية المتطايرة للميثان والأيزوبيوتان والهيدروجين والإيثانول، عند سخان جهد 2000 مللي فولط، أظهرت قدرة تنبؤية كبيرة لسرطان الجهاز البولي التناسلي مع P = 0.013. كما أشار ROC لهذه المؤشرات الحيوية إلى أهمية إحصائية في التنبؤ بحدوث المرض (P < 0.05). أشار هذا التقرير إلى أن المركبات العضوية المتطايرة من الميثان وإيزو بيوتان والهيدروجين والإيثانول أظهرت إمكانات لتشخيص سرطان الجهاز البولي التناسلي. يمكن أن يكون تطوير مستشعرات أكسيد فلز الغاز المصممة خصيصًا لهذه المركبات، ومراقبة التغيرات في المقاومة الكهربائية، بمثابة أداة مبتكرة لتحديد هذا النوع المحدد من السرطان.

Translated Description (French)

Les composés organiques volatils (COV) ont augmenté en raison de leur rôle crucial dans la transition des méthodes de diagnostic du cancer invasives vers des méthodes non invasives. Cette étude visait à évaluer la faisabilité de la plateforme de biocapteurs à oxyde métallique utilisant des COV urinaires pour détecter les cancers génito-urinaires. Cinq capteurs à semi-conducteurs différents disponibles dans le commerce ont été choisis pour détecter des COV spécifiques (méthane, isobutane, hydrogène, éthanol, sulfure d'hydrogène, ammoniac, toluène, butane, propane, triméthylamine et méthylmercaptan). Les changements de résistance électrique dus aux variations de température du réchauffeur de tension ont été examinés pour caractériser le métabolisme des COV. La régression logistique et l'analyse roc ont été utilisées pour évaluer les COV urinaires potentiels pour la détermination du cancer génito-urinaire. Cette étude a impliqué 64 participants qui ont été classés en un groupe cancéreux et un groupe non cancéreux. Le cancer génito-urinaire (confirmé par une pathologie tissulaire) comprenait 32 patients, dont un carcinome à cellules rénales (3,1 %), un carcinome à cellules transitionnelles (46,9 %) et un cancer de la prostate (50 %). Le non-cancer comprenait 32 patients, dont 9 sujets sains et 23 personnes atteintes d'autres maladies génito-urinaires. Les résultats ont indiqué que les capteurs de COV pour le méthane, l'isobutane, l'hydrogène et l'éthanol, à une tension de chauffage de 2000 mV, ont démontré une capacité prédictive significative pour le cancer génito-urinaire avec P = 0,013. Le roc de ces biomarqueurs indiquait également une signification statistique dans la prédiction de l'apparition de la maladie (P < 0,05). Ce rapport suggère que les COV du méthane, de l'isobutane, de l'hydrogène et de l'éthanol présentaient un potentiel de diagnostic du cancer génito-urinaire. Le développement de capteurs d'oxyde métallique gazeux adaptés à ces composés et la surveillance des changements de résistance électrique pourraient constituer un outil innovant pour identifier ce type spécifique de cancer.

Translated Description (Spanish)

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) han crecido debido a su papel crucial en la transición de los métodos de diagnóstico del cáncer invasivos a los no invasivos. Este estudio tuvo como objetivo evaluar la viabilidad de la plataforma del biosensor de óxido metálico utilizando COV en orina para detectar cánceres genitourinarios. Se eligieron cinco sensores semiconductores diferentes disponibles comercialmente para detectar COV específicos (metano, isobutano, hidrógeno, etanol, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, tolueno, butano, propano, trimetilamina y metilmercaptano). Se examinaron los cambios en la resistencia eléctrica debido a las variaciones de temperatura del calentador de voltaje para caracterizar el metabolismo de los COV. Se emplearon la regresión logística y el análisis Roc para evaluar los COV potenciales en orina para la determinación del cáncer genitourinario. Este estudio involucró a 64 participantes que se clasificaron en un grupo con cáncer y un grupo sin cáncer. El cáncer genitourinario (confirmado por patología tisular) comprendió 32 pacientes, incluidos carcinoma de células renales (3,1%), carcinoma de células transicionales (46,9%) y cáncer de próstata (50%). El no cáncer comprendió 32 pacientes, con 9 sujetos sanos y 23 individuos con otras enfermedades genitourinarias. Los resultados indicaron que los sensores de COV para metano, isobutano, hidrógeno y etanol, a un calentador de voltaje de 2000 mV, demostraron una capacidad predictiva significativa para el cáncer genitourinario con P = 0,013. La Roc de estos biomarcadores también indicó significación estadística en la predicción de la aparición de la enfermedad (P < 0.05). Este informe sugirió que los COV de metano, isobutano, hidrógeno y etanol mostraron potencial para diagnosticar el cáncer genitourinario. El desarrollo de sensores de óxido metálico de gas adaptados a estos compuestos y el monitoreo de los cambios en la resistencia eléctrica podrían servir como una herramienta innovadora para identificar este tipo específico de cáncer.

Files

s41598-024-54138-1.pdf.pdf

Files (1.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:6b54e334f7e5da045d181a97c595ae73
1.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الكشف عن سرطان المسالك البولية عن طريق منصة الاستشعار البيولوجي للمركبات العضوية المتطايرة للبول المستهدفة
Translated title (French)
Détection du cancer urinaire par la plateforme de biocapteurs de composés organiques volatils de l'urine cible
Translated title (Spanish)
Detección de cáncer urinario por la plataforma de biosensores de compuestos orgánicos volátiles en orina objetivo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391743616
DOI
10.1038/s41598-024-54138-1

Is supplement to
https://openalex.org/W4365803203 (Other)
https://openalex.org/W3144244245 (Other)
https://openalex.org/W2615053703 (Other)
https://openalex.org/W2481594107 (Other)
https://openalex.org/W2160881272 (Other)
https://openalex.org/W2152152854 (Other)
https://openalex.org/W2141842476 (Other)
https://openalex.org/W2068939161 (Other)
https://openalex.org/W2017073910 (Other)
https://openalex.org/W1966964708 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W2067094543
  • https://openalex.org/W2123030149
  • https://openalex.org/W2179861459
  • https://openalex.org/W2396783233
  • https://openalex.org/W2560390929
  • https://openalex.org/W2569855807
  • https://openalex.org/W2737773523
  • https://openalex.org/W2757159244
  • https://openalex.org/W2807118883
  • https://openalex.org/W3022031229
  • https://openalex.org/W3113405301
  • https://openalex.org/W3152297894
  • https://openalex.org/W3210546007
  • https://openalex.org/W4211063483
  • https://openalex.org/W4220820907
  • https://openalex.org/W4223631339
  • https://openalex.org/W4366254631
  • https://openalex.org/W4387008557
  • https://openalex.org/W70839459