Russian Journal of ImmunologyRussian Journal of ImmunologyРоссийский иммунологический журнал1028-72212782-7291Russian Society of Immunology1727210.46235/1028-7221-17272-HSMSHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationHighly sensitive multiplex assay of interleukins in exhaled breath condensate from children with bronchial asthma: diagnostic significance of IL-13 and IL-17AВысокочувствительный мультиплексный анализ интерлейкинов в конденсате выдыхаемого воздуха у детей с бронхиальной астмой: диагностическая значимость IL-13 и IL-17АSmolnikovaM. V.СмольниковаМ. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Head, Molecular Genetic Research Group, Leading Researcher

к.б.н., руководитель группы молекулярно-генетических исследований, ведущий научный сотрудник

smarinv@yandex.ruGorbachevaN. N.ГорбачеваН. Н.
Russian Federation

Senior Researcher, Clinical Department of Somatic and Mental Health of Children

старший научный сотрудник клинического отделения соматического и психического здоровья детей

smarinv@yandex.ruTereshchenkoS. Yu.ТерещенкоС. Ю.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Head, Clinical Department of Somatic and Mental Health of Children

д.м.н., профессор, заведующий клиническим отделением соматического и психического здоровья детей

smarinv@yandex.ruResearch Institute of Medical Problems of the North, Krasnoyarsk Research Center, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesНаучно-исследовательский институт медицинских проблем Севера – обособленное подразделение ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”»17062025180920252836456501205202525052025Copyright ©; 2025, Smolnikova M.V., Gorbacheva N.N., Tereshchenko S.Y.Copyright ©; 2025, Смольникова М.В., Горбачева Н.Н., Терещенко С.Ю.2025Smolnikova M.V., Gorbacheva N.N., Tereshchenko S.Y.Смольникова М.В., Горбачева Н.Н., Терещенко С.Ю.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://rusimmun.ru/jour/article/view/17272

Interleukins play a key role in development of bronchial asthma endotypes, thus determining individual clinical course of the disease and the efficiency of therapy. Exhaled breath condensate (EBC) represents a promising non-invasive biomaterial for assessing local airway inflammation in asthma. Only limited data exist on the opportunity of cytokines detection in EBC of pediatric patients. The aim of our study was to assess the opportunity of detection and diagnostic significance of IL-4, IL-5, IL-13, and IL-17A in EBC of children with asthma using high-sensitivity multiplex analysis. The study included 169 children aged 6-17 years (104 with asthma and 65 healthy controls). EBC was collected using RTube (Respiratory Research, USA), samples were concentrated, and interleukin levels were determined by multiplex analysis on the MAGPIX (Luminex, USA) platform. Analysis of interleukins in exhaled air condensate showed that children with bronchial asthma exhibit statistically significant changes compared to the control group. Children with asthma showed significantly increased detection rates of IL-13 (53.9% vs 30.8%, p = 0.003) and IL-17A (57.7% vs 27.7%, p = 0.001) compared to controls. The detection frequency of these cytokines progressively increased with disease severity, reaching 72.7% for IL-13 and 63.6% for IL-17A in severe asthma. Our results demonstrate the possibility of detecting key cytokines in exhaled air condensate in children with bronchial asthma using highly sensitive multiplex analysis after prior concentration of samples. Detection of IL-13 and IL-17A in EBC can be considered a potential non-invasive biomarker of asthma severity in children. However, further studies with larger patient populations and standard sample concentration technique are required for clinical implementation of the method. These data demonstrate a promise for usage of EBC for non-invasive assessment of local airway inflammation in children with bronchial asthma.

Интерлейкины играют ключевую роль в формировании различных эндотипов бронхиальной астмы, что определяет особенности клинического течения заболевания и эффективность терапии. Конденсат выдыхаемого воздуха (КВВ) представляет собой перспективный неинвазивный материал для оценки локального воспаления дыхательных путей при бронхиальной астме, однако данные о возможности определения цитокинов в КВВ у детей ограничены. Цель исследования – установить возможность детекции и диагностическую значимость IL-4, IL-5, IL-13 и IL-17А в КВВ у детей с бронхиальной астмой с использованием высокочувствительного мультиплексного анализа. Обследовано 169 детей в возрасте 6-17 лет (104 с бронхиальной астмой и 65 здоровых). КВВ собирали с помощью RTube (Respiratory Research, США), проводили концентрирование образцов и определяли уровни интерлейкинов методом мультиплексного анализа на платформе MAGPIX (Luminex, США). Анализ концентраций интерлейкинов в КВВ показал, что у детей с БА наблюдаются статистически значимые изменения по сравнению с контрольной группой. У детей с астмой выявлено значимое повышение частоты детекции IL-13 (53,9% против 30,8%, p = 0,003) и IL-17А (57,7% против 27,7%, p = 0,001) по сравнению с контролем. Частота выявления этих цитокинов прогрессивно увеличивалась с нарастанием тяжести заболевания, достигая для IL-13 72,7% и для IL-17А 63,6% при тяжелой астме. Полученные результаты демонстрируют возможность детекции ключевых цитокинов в КВВ у детей с БА использованием высокочувствительного мультиплексного анализа после предварительного концентрирования образцов. Определение IL-13 и IL-17А в КВВ может рассматриваться как потенциальный неинвазивный биомаркер тяжести бронхиальной астмы у детей. Для внедрения метода в клиническую практику необходимы дальнейшие исследования с большим количеством пациентов и стандартизация процедуры концентрирования образцов. Полученные данные демонстрируют перспективность использования КВВ для неинвазивной оценки локального воспаления дыхательных путей у детей с БА.

asthmachildrenexhaled breath condensatemultiplex analysisIL-13IL-17Aбронхиальная астмадетиконденсат выдыхаемого воздухамультиплексный анализIL-13IL-17АПравительство РФGovernment of the Russian Federation1024070500020-3-3.2.3Сидоренко Г.И., Зборовский Э.И., Левина Д.И. Поверхностно-активные свойства конденсата выдыхаемого воздуха (новый способ исследования функций легких) // Терапевтический архив, 1980. Т. 53, № 3. С. 65-68. [Sidorenko G.I., Zborovskiĭ E.I., Levina D.I. Surface-active properties of the exhaled air condensate (a new method of studying lung function). Terapevticheskiy arkhiv = Therapeutic Archive, 1980, Vol. 52, no. 3, pp. 65-68. (In Russ.)]Global Asthma Report 2021. Global Asthma Network. Available at: https://ginasthma.org/wp-content/uploads/2021/05/GINA-Main-Report-2021-V2-WMS.pdf.Hao W., Li M., Zhang C., Zhang Y., Wang P. Inflammatory mediators in exhaled breath condensate and peripheral blood of healthy donors and stable COPD patients. Immunopharmacol. Immunotoxicol., 2019, Vol. 41, no. 2, pp. 224-230.Horváth I., Hunt J., Barnes P.J., Alving K., Antczak A., Baraldi E., Becher G., Van Beurden W.J., Corradi M., Dekhuijzen R., Dweik R.A., Dwyer T., Effros R., Erzurum S., Gaston B., Gessner C., Greening A., Ho L.P., Hohlfeld J., Jöbsis Q., Laskowski D., Loukides S., Marlin D., Montuschi P., Olin A.C., Redington A.E., Reinhold P., van Rensen E.L., Rubinstein I., Silkoff P., Toren K., Vass G., Vogelberg C., Wirtz H. Exhaled breath condensate: methodological recommendations and unresolved questions. Eur. Respir. J., 2005, Vol. 26, no. 3, pp. 523-548.Kasule G.W., Hermans S., Semugenze D., Wekiya E., Nsubuga J., Mwachan P., Kabugo J., Joloba M., García-Basteiro A.L., Ssengooba W. Non-sputum-based samples and biomarkers for detection of Mycobacterium tuberculosis: the hope to improve childhood and HIV-associated tuberculosis diagnosis. Eur J. Med. Res., 2024, Vol. 29, no. 1, 502. doi: 10.1186/s40001-024-02092-z.Kita K., Gawinowska M., Chełmińska M., Niedoszytko M. The Role of Exhaled Breath Condensate in Chronic Inflammatory and Neoplastic Diseases of the Respiratory Tract. Int J. Mol Sci., 2024, Vol. 25, no. 13, 7395. doi: 10.3390/ijms25137395.Maison N., Omony J., Illi S., Thiele D., Skevaki C., Dittrich A.M., Bahmer T., Rabe K.F., Weckmann M., Happle C., Schaub B., Meyer M., Foth S., Rietschel E., Renz H., Hansen G., Kopp M.V., Von Mutius E., Grychtol R., Fuchs O., Roesler B., Welchering N., Kohistani-Greif N., Kurz J., Landgraf-Rauf K., Laubhahn K., Liebl C., Ege M., Hose A., Zeitlmann E., Berbig M., Marzi C., Schauberger C., Zissler U., Schmidt-Weber C., Ricklefs I., Diekmann G., Liboschik L., Voigt G., Sultansei L., Nissen G., König I.R., Kirsten A.M., Pedersen F., Watz H., Waschki B., Herzmann C., Abdo M., Biller H., Gaede K.I., Bovermann X., Steinmetz A., Husstedt B.L., Nitsche C., Veith V., Szewczyk M., Brinkmann F., Malik A., Schwerk N., Dopfer C., Price M., Jirmo A.C., Habener A., Deluca D.S., Gaedcke S., Liu B., Calveron M.R., Weber S., Schildberg T., Van Koningsbruggen-Rietschel S., Alcazar M. T2-high asthma phenotypes across lifespan. Eur. Respir. J., 2022, Vol. 60, no. 3, 2102288. doi: 10.1183/13993003.02288-2021.Montesi S.B., Mathai S.K., Brenner L.N., Gorshkova I.A., Berdyshev E.V., Tager A.M., Shea B.S. Docosatetraenoyl LPA is elevated in exhaled breath condensate in idiopathic pulmonary fibrosis. BMC Pulm. Med., 2014, Vol. 14, 5. doi: 10.1186/1471-2466-14-5.Nessen E., Toussaint B., Israëls J., Brinkman P., Maitland-Van Der Zee A.H., Haarman E. The non-invasive detection of pulmonary exacerbations in disorders of mucociliary clearance with breath analysis: a systematic review. J. Clin Med., 2024, Vol. 13, no. 12, 3372. doi: 10.3390/jcm13123372.Pleil J.D., Wallace M.A.G., Madden M.C. Exhaled breath aerosol (EBA): the simplest non-invasive medium for public health and occupational exposure biomonitoring. J. Breath Res., 2018, Vol. 12, no. 2, 027110. doi: 10.1088/1752-7163/aa9855.Steinke J.W., Lawrence M.G., Teague W.G., Braciale T.J., Patrie J.T., Borish L. Bronchoalveolar lavage cytokine patterns in children with severe neutrophilic and paucigranulocytic asthma. J. Allergy Clin. Immunol., 2021, Vol. 147, no. 2, pp. 686-693.Stiegel M.A., Pleil J.D., Sobus J.R., Morgan M.K., Madden M.C. Analysis of inflammatory cytokines in human blood, breath condensate, and urine using a multiplex immunoassay platform. Biomarkers, 2015, Vol. 20, no. 1, pp. 35-46.Szunerits S., Dörfler H., Pagneux Q., Daniel J., Wadekar S., Woitrain E., Ladage D., Montaigne D., Boukherroub R. Exhaled breath condensate as bioanalyte: from collection considerations to biomarker sensing. J. Anal. Bioanal. Chem., 2023, Vol. 415, no. 1, pp. 27-34.Thomas P.S., Lowe A.J., Samarasinghe P., Lodge C.J., Huang Y., Abramson M.J., Dharmage S.C., Jaffe A. Exhaled breath condensate in pediatric asthma: promising new advance or pouring cold water on a lot of hot air? A systematic review. J. Pediatr. Pulmonol., 2013, Vol. 48, no. 5, pp. 419-442.