Urinary metabolomic fingerprints as a powerful tool for the next generation of prostate cancer diagnosis

Prostate cancer (PCa) remains the most frequent malignant tumour and a leading cause of oncological death in men, despite the spectacular advances in molecular medicine, including genomics, proteomics, transcriptomics, lipidomics, and personalized medicine. Apart from classical biomarkers, the study of endogenous volatile organic metabolites (VOMs) biosynthesized by different metabolic pathways and found in several biofluids is emerging as an innovative, efficient, and non-invasive source of data to establish the volatilomic biosignature of PCa. In this context, the primary objective of this thesis was to establish the urinary volatilomic profile of PCa using headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME/GC-MS). This non-invasive approach to set putative PCa biomarkers was applied to PCa patients (n = 29), men subjected to a radical prostatectomy (RP, n = 34), and cancer-free individuals (control group, n = 49). A total of 60 VOMs belonging to different chemical families were identified in the groups under study. This included phenolic compounds, terpenes, norisoprenoids, ketones, alcohols, and sulphur containing and furanic compounds. The data matrix obtained was submitted to multivariant analysis, through partial least-squares discriminant analysis (PLS-DA). The results obtained did not show complete discrimination between the groups under study, since more than 50 % of the variability in the outcome data could not be explained by the models. The heatmap according to Pearson’s correlation showed that 2-(1-cyclopentyl)furan, 2-pentanone and 2-bromophenol were more associated with the control group, while carvone, α-corocalene, 2-acetylfuran, and cyclohexanone showed high correlations with the PCa group. In contrast, 2-ethyl-5- methylfuran, methanethiol, o-methoxyphenol, p-cymenene, and 3,4-dehydro-β-ionene, were more associated with the RP group. An exhaustive study of the demographic and clinical characteristics of the patients recruited is crucial to elucidate the changes that occur in their volatilomic profile. Moreover, a larger cohort of samples is necessary to improve the predictive power and reliability of the statistical models developed.O cancro da próstata (PCa) continua a ser o tumor maligno mais frequente e uma das principais causas de morte oncológica nos homens, apesar dos progressos importantes na medicina molecular, incluindo na genómica, proteómica, transcriptómica, lipidómica, e na medicina personalizada. Além dos biomarcadores clássicos, o estudo dos metabolitos orgânicos voláteis (VOMs) endógenos, biosintetizados por diferentes vias metabólicas e encontrados em vários biofluidos, está a emergir como uma abordagem inovadora, eficiente e não invasiva para o estabelecimento de uma bioassinatura volatilómica do PCa. Neste contexto, o principal objetivo desta tese consistiu no estabelecimento do perfil volatilómico urinário do PCa, usando uma abordagem não invasiva, a microextracção de fase sólida por headspace combinada com cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (HS-SPME/GC-MS), com o objetivo de identificar possíveis biomarcadores para esta forma de cancro. Para isso, foram analisados indivíduos com PCa (n = 29), sujeitos submetidos a prostatectomia radical (RP, n = 34) e indivíduos saudáveis (grupo de controlo, n = 49). No total, foram identificados 60 VOMs nos grupos em estudo, pertencentes a diferentes famílias químicas, nomeadamente compostos fenólicos, terpenos, norisoprenoides, cetonas, álcoois, compostos contendo enxofre e compostos furânicos. Esta matriz de dados foi submetida a análise multivariada, através da análise discriminante dos mínimos quadrados parciais (PLS DA), resultando numa discriminação incompleta dos grupos em estudo, uma vez que mais de 50 % da variabilidade dos dados obtidos não pode ser explicada pelos modelos gerados. O heatmap construído, segundo a correlação de Pearson, demonstrou que os metabolitos 2-(1- ciclopentil)furano, 2-pentanona e 2-bromofenol estavam mais associados ao grupo de controlo, enquanto que a carvona, α-corocaleno, 2-acetilfurano e a ciclohexanona apresentaram correlações elevadas com o grupo do PCa. Quanto ao grupo da RP, os metabolitos 2-etil-5- metilfurano, metanotiol, o-metoxifenol, p-cimeneno e 3,4-dehidro-β-ioneno, foram os que apresentaram correlações mais elevadas. Deste modo, o estudo exaustivo das características demográficas e clínicas dos pacientes recrutados, assim como grupos de pacientes recrutados maiores, serão cruciais para compreender as mudanças que ocorrem nos perfis volatilómicos obtidos, assim como para melhorar o poder preditivo e a fiabilidade dos modelos estatísticos desenvolvidos