wearable装置により粒子の大きさのみを評価する他の曝露モニターとは異なり環境曝露をガスクロマトグラフィーと高解像度質量分析法を用い、農薬、ポリ芳香族炭化水素、揮発性有機化合物、ポリ臭化ジフェニルエーテル、フタル酸エステルなど、何百もの個々の汚染物質について評価、さらに、微生物学的分析は、デジタルドロップPCRにより、コロナウイルス、ライノウイルス、パラインフルエンザ、アデノウイルス、RSウイルス、インフルエンザA/B、hMPVを含む幅広い呼吸器ウイルスについて評価する
そして、COPD増悪関連アウトカムとの関連性を検討するというPassive Respiratory Exposure Detection—Investigation of COPD Triggers (PREDICT)計画の話

Huston, John C. “2022 American Thoracic Society BEAR Cage Winning Proposal: Passive Respiratory Exposure Detection—Investigation of COPD Triggers (PREDICT).” American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 207, no. 10 (May 15, 2023): 1271–74. https://doi.org/10.1164/rccm.202212-2316ED.

背景
慢性閉塞性肺疾患（COPD）は、通常、長期的な吸入毒素、主にタバコ煙への曝露の結果として発生する気流制限によって定義される臨床症候群です。無機および有機化学物質、粉塵、バイオマス、職業的曝露、汚染、微粒子など、COPDの発生と進行に寄与する他の重要な曝露が存在します。これらの曝露の一部はCOPDの増悪を引き起こし、これにより疾患の進行、死亡率の増加、および医療システムへの高いコストが生じます。最近の「慢性閉塞性肺疾患のための世界的イニシアチブ」の報告書では、新たな分類法が提案され、その中に環境によるCOPD（タバコ煙、バイオマス、屋外/屋内の汚染、職業的曝露）が含まれました。しかし、多くの曝露とそのCOPDへの影響はまだあまり調査されていません。個々のレベルでの包括的な露出測定アプローチは、特定の曝露とCOPDの増悪や疾患の進行との関連を特定するために有益である可能性があります。

COPD増悪の微生物学的トリガー
COPDの増悪のほとんどは感染によって引き起こされます。全ての増悪の約70％が感染関連であり、ウイルスと細菌の両方が関与していますが、ウイルスが主要な原因です。リノウイルス、インフルエンザ、呼吸器シ Syncytialウイルス、パラインフルエンザなどが一般的な原因です。しかし、COPD患者からは頻繁にStreptococcus pneumoniae、Haemophilus influenzae、およびMoraxella catarrhalisなどの細菌が検出されます。しかし、これらの生物の培養は常に活動的な感染を意味するわけではなく、培養化を示す場合もあります。

COPD増悪の環境的トリガー
増悪を引き起こすことが知られている大気汚染や空気中の粒子には、ブラックカーボン、二酸化硫黄、二酸化窒素、一酸化炭素、オゾンが含まれます。粒子径が2.5μm以下（PM2.5）の粒子への曝露は、COPDによる入院や死亡と関連しています。最近の研究では、二酸化窒素と粒子状物質への室内曝露を軽減する試みが、中等度の増悪を減少させる可能性が示されています。

ポリ芳香族炭化水素、フタル酸エステル、農薬などの化学物質への曝露は、呼吸器への悪影響と関連していることが示されていますが、揮発性有機化合物やポリ臭化ジフェニルエーテルについては、そのデータは不十分です。

COPD患者の治療における課題には、増悪の予測と予防、なぜ特定の患者が他の患者よりも重症の表現型を持つのか、なぜ患者が禁煙と適切な疾患管理にもかかわらず肺機能が続けて低下するのかを特定することが含まれます。増悪が発生する患者における疾患のサイクルは、1）基礎症状、2）トリガー、3）急性増悪、4）入院/治療、5）急性疾患の回復、の5つの段階で説明できます。治療と回復の努力にもかかわらず、患者は以前の基準の肺機能や症状負担に戻ることができないかもしれません。

環境汚染物質と呼吸器ウイルスへの個人的な曝露を評価するためのウェアラブルパッシブサンプラー
ウェアラブルパッシブサンプラーは、個々のレベルでの曝露を評価するための非侵襲的なデバイスとして最近開発されました。これらのサンプラーは、環境汚染物質と呼吸器ウイルスへの個人的な曝露を監視するために、我々の施設で開発され、腕輪として着用することができます。これらのデバイスは、ウイルスを含むエアロゾルや液滴を収集するためのクリップ形式（衣服に取り付け）で設計されています。これらのデバイスは既に様々な人々で検証され、研究されています。サンプラーは、ウェアラブルなアタッチメントに取り付けられたポリテトラフルオロエチレンのチャンバーで構成されています。このチャンバー内には、空気中の環境汚染物質を受動的に吸収するカスタム製のポリジメチルシロキサン吸着剤が含まれています。

デバイスが着用されている間、環境汚染物質とウイルスはポリジメチルシロキサン吸着剤に受動的に収集されます。5日間の連続した曝露評価期間の後、ウェアラブルパッシブサンプラーは分析のために返却されます。環境曝露は、ガスクロマトグラフィーと高解像度質量分析法によって、農薬、ポリ芳香族炭化水素、揮発性有機化合物、ポリ臭化ジフェニルエーテル、フタル酸エステルなど、何百もの個々の汚染物質について評価されます。このデバイスは、粒子の大きさのみを評価する他の曝露モニターとは異なり、個々の環境曝露を正確かつ包括的に把握することを可能にします。微生物学的分析は、デジタルドロップPCRにより、コロナウイルス、ライノウイルス、パラインフルエンザ、アデノウイルス、RSウイルス、インフルエンザA/B、hMPVを含む幅広い呼吸器ウイルスについて行われます。過去の研究では、このデバイスによるウイルス検出は非常に感度が高く、検出下限はウイルスの遺伝物質の6コピーとされています。

サンプラーを着用している間、参加者は日々の活動のログを記録し、自宅や職場での可能な曝露について詳述した調査を完了します。個人的なサンプラーに加えて、参加者の自宅の外にもサンプラーが設置され、地元の環境曝露を評価します。生物学的な標本も収集されており、これには唾液と鼻拭い液（ウイルス検出用）や血液（末梢血単核球用）が含まれます。参加者の医療記録が照会され、関連するデータが抽出されて分析されます（肺機能テスト、増悪の履歴、合併症、薬物使用など）。

現在、私たちの包括的かつ多職能的なCOPDクリニックでの積極的なリクルーティングを通じた初期の提案研究が進行中です。私たちの探索的な横断研究の目的は、1）個人用ウェアラブルサンプラーを用いてCOPD患者のエクスポソームをさらに定義し、2）継続的な曝露がCOPD患者の増悪や他の有害な結果と関連しているかどうかを決定することです。初期の研究は約40名の参加者を対象に完了する予定です。COPDの診断を持つ患者と、喫煙者と非喫煙者の両方を対象とします。

制限事項
私たちのパイロット研究にはいくつかの制限があります。現在、私たちのデバイスは細菌の曝露を検出していません。ただし、前述のように、COPDの増悪の大部分はウイルスが原因です。デバイスは、COPD患者にとって有害な曝露とされている粒子状物質（PM10とPM2.5）、二酸化窒素、オゾンを直接測定しません。しかし、粒子状物質はある特定のサイズの粒子の混合物です（塵、汚れ、スート、煙）。私たちのデバイスの利点は、低コストで同時に特定の環境曝露を幅広く特定できる受動サンプリングを使用している点です。私たちの曝露評価期間は、サンプラーの理想的な飽和率のために短いですが、これは患者の典型的な日常の曝露の代表的なサンプルであるという仮定の下で行われます。今後の研究では、参加者をより長い時間観察するために、ウェアラブルサンプラーを連続的に使用することが含まれるかもしれません。

結論
COPD患者の環境的および微生物学的曝露の包括的な評価は、病気の進行や増悪のパターンを理解するために重要です。ウェアラブルパッシブサンプラーは、個々の、現実世界レベルでの複数の化学物質やウイルスへの曝露を評価するための新しい可能性を提供します。この個人化された環境要因のモニタリングは、COPD患者のケアを変えることができます。今後、私たちは他の慢性肺疾患でまだ特定されていない臨床的に意味のある曝露を探るために、この技術を利用する計画です。増悪のトリガーが特定できれば、それに対応し、増悪を緩和し、この病気の経過を改善する可能性があります。