bildcollage forskningsmiljö — Mätning och analyser av partiklar i utandningsluft ökar kännedom om hur exponering i yrkeslivet påverkar luftvägarna.

Foto: Malin Arnesson & OpenAI

Sidans innehåll

Biomarkörer i utandningsluft

Forskningsgrupp

Pågående forskning

Webbplats

Institutionen för medicin

Projektets storlek

Ca 6 miljoner SEK per år

Projektägare

Institutionen för medicin

Samarbetspartners

Lena Palmberg, Institutet för Miljömedicin, Karolinska Institutet Ahilanandan Dushianthan, University of Southhampton Jesus Gill-Perez, Universidad Complutense de Madrid PExA AB Folkhälsomyndigheten Jakob Löndahl, Lunds universitet Jonas Sjöblom, Chalmers

Finansiär

Hjärt Lungfonden, AFA, ALF, Forte, Formas, Gustav den V:s minnesfond, Vetenskapsrådet och Göteborgs Kontoristförening

Område

Hållbarhet & miljö Hälsa & medicin Utbildning & lärande

Ämne

Analytisk kemi Medicinsk laboratorieteknik Folkhälsovetenskap, global hälsa och socialmedicin Epidemiologi Arbetsmedicin och miljömedicin Lungmedicin och allergi

Kort beskrivning

Forskargruppen biomarkörer i utandningsluft bedriver tvärvetenskaplig forskning med många olika kompetenser. Målet är att öka kunskapen om sambandet mellan luftvägssjukdomar och luftburen exponering för att kunna förebygga sjukdom, förbättra folkhälsan och skapa ett hållbart arbetsliv. Sambandet mellan luftvägsbesvär och exponering för luftvägsirriterande ämnen i den omgivande miljön och på arbetsplatser är långt ifrån klarlagda. En svårighet med att upptäcka luftvägssjukdom i tidig fas är att det inte finns tillräckligt känsliga metoder som detekterar förändringar i de små luftvägarna, där partiklarna huvudsakligen deponerar. Ca 15% av de som utvecklar astma eller KOL i vuxen ålder gör det på grund av exponering i arbetet. Exempel på exponeringar är dammpartiklar, kemikalier, mögel och svetsrök.

bild på en grupp människor — Forskargruppen Biomarkörer i utandningsluft.

Om forskargruppen Biomarkörer i utandningsluft

Vårt långsiktiga mål är att identifiera valida biomarkörer för luftvägspåverkan vid yrkesexponering. Eftersom det saknas enkla metoder för att påvisa påverkan på luftvägarna efter olika typer av irritativa exponeringar har vi utvecklat en ny metod för detta ändamål. Vi kan med hjälp av vätskedroppar i utandningsluften samla in ett prov från vätskeskiktet som bekläder de allra minsta, mest perifera luftvägarna, Particles in Exhaled Air, PExA.

Den kemiska sammansättningen av PExA provet ger oss nya möjligheter att identifiera och undersöka sjukdomsprocesser i små luftvägar. Provet består till stor del av s.k. surfaktant, en komplex blandning av huvudsakligen lipider (fetter) och proteiner. Surfaktant har två livsviktiga funktioner: att underlätta andningsarbetet och delta i försvaret mot inandat material. Vi har byggt upp ett laboratorium och utvecklat en analysteknik för att mer specifikt kunna studera lipidförändringar i surfaktantsammansättningen.

PExA metoden är enkel att använda och lämpar sig därför i screening-situationer och man kan göra upprepade mätningar utan problem. Personen andas ut i ett munstycke med en enkel utandningsmanöver, och de utandade partiklarna samlas in på ett filter, vilket sedan analyseras kemiskt. Apparaturen är patenterad och kommersialiserad. Eftersom provet utgörs av partiklar som bildas under andning pågår också en rad metodologiska studier för att bättre förstå hur partiklarna bildas och deponerar i luftvägarna och vad som påverkar dessa faktorer.

Eftersom partiklar och gaser med låg vattenlöslighet som vi andas in till stor del deponerar i små luftvägar, har vi speciellt intresserat oss för denna del av luftvägsträdet. Vi har byggt upp ett forskningslabb med olika lungfysiologiska metoder för att påvisa förändringar i små luftvägar. Metoderna vi arbetar med är huvudsakligen kvävgasutsköljning, oscillometri och diffussionskapacitetstest, medan mätning av NO i utandningsluft och PExA bidrar med biokemisk information.

Vi har hittills visat att exponering för tobaksrök, svetsrök och kvartsdamm ger en avvikande sammansättning av lungsurfaktant jämfört med icke-exponerade. Vidare har vi även sett att personer som drabbats av covid-19 har ett avvikande lipidmönster efter såväl mild som svår, intensvivvårdskrävande sjukdom. Även astmatiker med björkpollenallergi har uppvisat förändringar i lipidmönstret vilka kan kopplas till grad av astmakontroll.

PExA metoden bygger vår långa erfarenhet av utandningsanalyser. På Arbets- och miljömedicin har vi tidigare utvecklat metoder för att bestämma gasformiga ämnen som mått på exponering (bensen, butadien, kvicksilver) och oxidativ stress i luftvägarna (etan, pentan, isopren). Sedan 1995 har vi studerat kväveoxid (NO) i utandningsluft som en biomarkör för tidig detektion av astma och yrkesmässiga exponeringar. Här har vi varit delaktiga i både metodutveckling och kliniska utvärderingar och framtagning av ett internationellt normalmaterial för NO.

Pågående projekt

Insamling av normalmaterial för PExA och lungfunktion

PExA i SCAPIS

Påverkan på små luftvägar vid exponering för trafikavgaser

I forskningsprojektet Påverkan på små luftvägar vid exponering för trafikavgaser försöker vi förstå hur luftkvaliteten och särskilt bilavgaser påverkar våra små luftvägar, som är de luftvägar i våra lungor med en innerdiameter mindre än 2 millimeter. Dessutom vill vi ta reda på om personer som lider av den kroniska lungsjukdomen KOL är extra känsliga för de skadliga effekterna av att andas in trafikavgaser. Varför är detta viktigt? Små luftvägar spelar en avgörande roll när det gäller att föra syre in i vårt blod och avlägsna koldioxid från vår kropp, en process som kallas gasutbyte. De små luftvägar är klädda med ett tunt lager av en vätska som kallas surfaktant. Surfaktant har en mycket viktig uppgift - att skydda oss från de skadliga ämnena vi kan andas in, bland annat partiklar från bilavgaser. Eftersom surfaktant fungerar som vår första försvarslinje mot dessa farliga ämnen kan eventuella skador här få långtgående konsekvenser för hela vår kropp.

Forskningsprojektet är ett samarbete mellan oss på Arbets -och miljömedicin vid Göteborgs universitet, och forskargrupper vid Chalmers tekniska högskola, Karolinska Institutet, Uppsala universitet och Lunds universitet. Projektet är uppdelat i två delar: en klinisk studie och en experimentell del. I den kliniska studien undersöker vi personer med KOL och personer med friska lungor, som bor antingen nära eller långt ifrån vägar med hög trafik. Alla deltagare genomgår omfattande lungfysiologiska undersökningar för att vi noggrant ska kunna kartlägga funktionen i både de stora och små luftvägarna. Dessutom får deltagarna andas i ett speciellt mätinstrument som kallas PExA, vilket samlar in prov som innehåller partiklar från surfaktanten i de små luftvägarna.

För att förstå hur förändringar i små luftvägar samspelar med exponeringen för trafikavgaser mäter vi även mängden trafikavgaser som varje person utsätts för. Vi mäter partiklar, specifikt PM 2.5, med hjälp av en partikelmätare som placeras både inomhus i deltagarnas bostäder och utomhus nära deras hem. På så sätt får vi en uppskattning av mängden trafikavgaspartiklar som deltagarna utsätts för i sin vardag.

I den experimentella delen av projektet undersöker vi hur alveolära typ II-celler påverkas när de utsätts för partiklar från trafikavgaser. Dessa celler förekommer endast i små luftvägar och ansvarar för att producera surfaktant. Vi samlar in partiklar från olika platser i Göteborg, både nära och långt ifrån trafikintensiva vägar, och utsätter sedan cellerna, vilka är odlade i labbmiljö, för dessa partiklar. På detta sätt kan vi jämföra resultaten från våra in-vitro-experiment med de akuta effekterna vi observerar i små luftvägar hos friska individer och de med KOL.

Projektet är en spännande resa in i vår förståelse för hur trafikavgaser kan påverka våra luftvägar och i synnerhet de små luftvägarna. Genom att kombinera kliniska studier med laboratorieforskning hoppas vi kunna belysa de komplexa sambanden mellan luftföroreningar och vår hälsa. Resultaten från detta projekt kommer förhoppningsvis bidra till att bättre förstå och förebygga sjukdomar som KOL och andra luftvägsrelaterade hälsoproblem.

Ansvarig forskare: Anna-Carin Olin

Exponering för luftföroreningar och pollen

Påverkan på små luftvägar vid exponering för nanopartiklar

I detta forskningsprojektet är vår målsättning att kartlägga hur små luftvägar påverkas vid exponering för nano-partiklar. Användningen av nano-material ökar snabbt inom flera branscher pga utmärkta tekniska egenskaper, men hälsoeffekterna av exponering för olika typer av nya nanomaterial är otillräckligt kartlagda. Den Europeiska arbetsmiljöbyrån (ett EU-organ) har definierat nanomaterial som en av fyra framväxande hälsorisker.

I vår forskargrupp har vi utvecklat en ny metod för att påvisa tidiga effekter av exponering på små luftvägar. Genom att analysera små vätskedroppar, som kommer från små luftvägar och som samlas in i ett utandningsprov, kan vi kartlägga både akuta och kroniska ”biologiska” förändringar i de allra minsta luftvägarna. Vi kompletterar detta biologiska prov med olika lungfunktionstester där vi får information om lungfysiologiska effekter som speglar strukturella förändringar i små luftvägar.

Metoderna bidrar till en helt ny kunskap av effekten av exponering, och är särskilt lämpade för att studera just effekten av exponering för inandade partiklar (< 1 µm) som når de allra minsta luftvägarna, där sjukdomsprocesser ofta startar.

I detta projekt inkluderas personer som i sitt yrke exponeras för luftföroreningar som innehåller en hög andel nanopartiklar, så som svetsare (svetsrök), städare (vätskedroppar från städkemikalier i sprayform), personer som arbetar med 3D-printing och personer som arbetar med att tillverka nanomaterial, tex. grafen. För att koppla hälsoeffekter till vilket ämne och vilken dos som personen utsätts för låter vi även deltagarna genomföra personburna exponeringsmätningar.

Det övergripande syftet med projektet är att kunna utföra adekvata riskbedömningar avseende hälsorisker vid exponering för nanopartiklar i arbetsmiljön. Idag finns inga gränsvärden för exponering för nanopartiklar men det finns några ”riktvärden” publicerade i vetenskaplig litteratur. Det är fastslaget att det framöver antagligen kommer att finnas flera olika gränsvärden som mäts på olika sätt utifrån exponeringens hälsokonsekvens. För framtida riskbedömningar behöver kunskapen om hur människan påverkas öka.

Ansvarig forskare: Sanna Kjellberg

Partiklar i utandningsluft som potentiella biomarkörer vid lungfibros och Cystisk fibros

Projektet syftar till att identifiera potentiella biomarkörer i utandningsluften som speglar sjukdomsaktivitet vid lungfibros och cystisk fibros (CF) med den icke-invasiva metoden PExA och att relatera dessa fynd till avvikelser i ventilationsfördelning mätt med inert gasutsköljning. PExA har aldrig tidigare använts för att studera dessa allvarliga, progressiva lungsjukdomar.

Lungfibros karakteriseras av en tilltagande ärromvandling av lungans stödjevävnad vilket medför försämrad lungfunktion med syrebrist som följd. Sjukdomsmekanismerna är inte fullständigt kända och ofta upptäcks sjukdomen när lungornas funktion redan är kraftigt nedsatt. Ibland kan diagnosen ställas med hjälp av det radiologiska mönstret, men ofta krävs invasiva undersökningar som bronkoskopi med bronkioalveolärt lavage (BAL) eller lungbiopsier, båda metoderna är riskfyllda för dessa redan sköra patienter.

Vid CF är lungmanifestationen den allvarligaste komplikationen och kan leda till behov av lungtransplantation i unga år. Sjukdomen är ärftlig och progressiv, och orsakas av att en saltkanal i cellmembranet inte bildas korrekt vilket leder till bildande av segt sekret som blockerar kroppens körtelgångar. I luftvägarnas förändrade miljö trivs svårbehandlade bakterier som bryter ned lungvävnaden med nedsatt lungfunktion som följd. Varken datortomografi eller det mest använda lungfunktionstestet (spirometri) är tillräckligt känsliga för att upptäcka tidiga förändringar i alveolerna, lungornas små perifera gasutbytande delar. Med PExA-metoden samlas vätskedroppar från alveolerna in genom ett prov från utandningsluften. Resultaten korrelerar med fynd vid BAL.

Genom att studera sammansättningen av proteiner och lipider i surfaktant, vätskan som i ett tunt skikt täcker insidan av lungornas alveoler, har man exempelvis kunnat visa på skillnader mellan patienter med astma eller med resttillstånd efter svår COVID-19 infektion och friska. Ännu har ingen biomarkör identifierats som speglar sjukdomsaktivitet vid lungfibros varken för primärdiagnos eller för individualiserad terapistyrning.

Vid CF är det viktigt att upptäcka skillnader i inflammatorisk aktivitet i de små luftvägarna tidigt för att bromsa försämringen i lungfunktion. Vi vill identifiera eventuella förändringar i sammansättning av proteiner och lipider i surfaktant i relation till sjukdomsaktivitet och behandlingsrespons vid lungfibros resp. CF genom att etablera två kohorter med 50 patienter i vardera sjukdomsgruppen och följa dem longitudinellt över tre år jämfört med matchade friska kontroller.

Inert gasutsköljning är ett lungfunktionstest som mäter ventilationsfördelningen i lungorna. Metoden används rutinmässigt vid CF som ett mått på påverkan i de små luftvägarna men är endast sparsamt studerat vid lungfibros. Metoden är icke-invasiv och är ej förenad med några risker. I det aktuella projektet undersöker vi personer med lungfibros longitudinellt för att studera om man kan använda gasutsköljning för att monitorera sjukdomsprogress och om metoden är känsligare än konventionella tester på att upptäcka avvikelser.

Ansvarig forskare: Emily Krantz

Deltagare

Publikationer

Se alla publikationer

Senast ändrad

3 december 2025