Applicazioni NMR per fluidi biologici in due casi studio

The present thesis work illustrates how the combined approach of nuclear resonance spectroscopy applied to metabolomics and chemometrics allows a better understanding of clinical and biological aspects of medical diseases. Metabolomics is the science that deals with the characterization of the metabolome, which is the set of metabolites, mainly of low molecular weight, present in a biological system that has an endogenous or exogenous origin. The metabolome is therefore highly dependent on the pathophysiological status of an individual, as specific pathologies can affect metabolic pathways. In metabolomic studies, information obtained from NMR spectroscopy is combined with chemometric approaches based on multivariate statistical analysis (e.g., PCA and PLS-DA). Chemometrics is essential to reduce datasets with a large number of variables, generated from the analysis of complex biological matrices, to report them in a two- or three-dimensional graph. The combined approach of these techniques can provide timely information to further current medical knowledge; moreover, it can contribute to research in the field of precision medicine, a discipline that studies the specific physiological and metabolomic characteristics of an individual. In the present research, two case studies were investigated through the analysis of biological fluids such as urine, serum and saliva in order to identify possible differences between healthy patients and patients with viral or oncological diseases.

Il presente lavoro di tesi illustra come l’approccio combinato della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) applicata alla metabolomica e alla chemiometria permetta una migliore comprensione degli aspetti clinici e biologici di patologie mediche. La metabolomica è la scienza che si occupa della caratterizzazione del metaboloma, ovvero l'insieme dei metaboliti, principalmente a basso peso molecolare presenti in un sistema biologico che hanno origine endogena o esogena. Il metaboloma è perciò altamente dipendente dallo stato fisiopatologico di un singolo individuo, in quanto specifiche patologie possono influire sui percorsi metabolici. Negli studi metabolomici le informazioni che si ottengono a partire dalla spettroscopia NMR vengono combinate ad approcci chemiometrici basati su analisi statistiche multivariate (es. PCA e PLS-DA). La chemiometria è fondamentale al fine di ridurre dataset con un grande numero di variabili, generati dall’analisi di matrici biologiche complesse, per riportarle in un grafico a due o tre dimensioni. L’approccio combinato di queste tecniche può fornire informazioni puntuali che permettano di approfondire le attuali conoscenze in campo medico, inoltre può contribuire alla ricerca nel settore della medicina di precisione, disciplina che studia le specifiche caratteristiche fisiologiche e metabolomiche di un singolo individuo. Nel presente lavoro di ricerca sono stati approfonditi due casi studio mediante l’analisi di fluidi biologici quali urina, siero e saliva al fine di individuare eventuali differenze tra pazienti sani e pazienti affetti da patologie virali o oncologiche.