O refluxo vésico-ureteral (RVU) é uma das condições urológicas comumente diagnosticada entre crianças. Altos graus dessa condição podem causar cicatrização renal, insuficiência renal e hipertensão arterial. A uretrocistografia miccional é o método mais comumente utilizado para o diagnóstico, no entanto, esse procedimento envolve sedação, cateterismo vesical e expõe a criança a uma quantidade significativa de radiação. A investigação metabolômica pode fornecer novos entendimentos sobre a doença e visa a descoberta de metabólitos específicos associados a ela. Assim, existe um potencial considerável para a implementação de perfil metabólico em análises clínicas. Dessa forma, buscou-se estabelecer uma alternativa não invasiva para identificar crianças com o RVU através da metabolômica. Para a investigação metabolômica alvo um método por eletroforese capilar acoplada ao espectrômetro de massas (CE-MS) com analisador to tipo ion trap foi desenvolvido e validado para a determinação de 27 aminoácidos em urina. Os parâmetros experimentais relacionados às configurações da interface CE-MS, eletrólito (BGE) e espectrômetro de de massas (MS) foram otimizados, proporcionando uma boa separação dos 27 aminoácidos, incluindo os isômeros L-leucina, L-isoleucina e L-alloisoleucina, em menos de 30 min. O líquido auxiliar (SHL) foi composto de 0,5% (v/v) ácido fórmico em 60% (v/v) água/metanol à uma vazão de 5 µL min-1. O BGE consistiu de 0,80 mol L-1 de ácido fórmico e 15% (v/v) de metanol. Um procedimento de stacking por pH foi implementado para aumentar a detectabilidade (uma solução de NH4OH a 12,5% (v/v) foi injetada a 0,5 psi/9 s antes das amostras). O método foi validado de acordo com os protocolos FDA e ICH, exibindo parâmetros aceitáveis. A quantificação bem sucedida dos aminoácidos em amostras de urina de um estudo piloto do RVU foi alcançada. A avaliação estatística dos resultados mostrou que alguns dos aminoácidos avaliados podem carregar informações que possibilitam discriminar as amostras de urina entre os grupos teste e controle. Para a análise metabolômica global urinária, métodos por RPLC-MS e HILIC-MS foram otimizados. Cinco colunas com diferentes propriedades foram investigadas para RPLC e quatro colunas para HILIC; adicionalmente, foram investigados a influência dos aditivos e pH da fase móvel. As condições ótimas foram determinadas avaliando o formato de pico, a relação sinal-ruído, o tempo de retenção, o número de molecular features detectados e sua distribuição durante o gradiente de eluição. A melhor condição obtida para RPLC utiliza a coluna CSH C18 e fase móvel composta por 0,1% (v/v) ácido fórmico em água (A) e 0,1% (v/v) ácido fórmico em acetonitrila (B). Para HILIC, o melhor desempenho foi obtido com a coluna zwitteriônica ZIC-HILIC e fase móvel composta por 10 mmol L-1 acetato de amônio pH 6,8 (B) e 95% (v/v) acetonitrila e 5% 200 mmol L-1 acetato de amônio pH 6,8 (A). As amostras de urina dos grupos controle e teste foram submetidas à análise metabolômica global por RPLC-MS usando o método otimizado e por CESI-MS. Os resultados indicaram que diversas rotas metabólicas podem ter sido alteradas pelo RVU. Alteração dos níveis de carnitinas e acilcarnitinas, aminoácidos e derivados, purinas e outros foi observada. Ainda, a presença de acilcarnitinas na urina podem indicar danos mitocondriais e a diminuição de triptofano e aumento do ácido quinurênico indicam uma alteração no metabolismo do triptofano. / Vesicoureteral reflux (VUR) is one of the most commonly urologic conditions diagnosed among children. A high degree of this condition can cause kidney scarring, kidney failure and high blood pressure. Voiding cystourethrography is the standard method for diagnosis; however, this procedure involves sedation, bladder catheterization and exposes the child to a significant amount of radiation. Metabolomics has provided new insights about the disease and aims to discover specific metabolites associated with it. Thus, there is a considerable potential for the implementation of metabolic profile in clinical analyses. Thus, we attempted to establish a noninvasive alternative to identify children with VUR through metabolomics approach. For target metabolomics, a CE-MS method was developed and validated for the separation and quantitative analysis of 27 amino acids in urine. Experimental parameters related to the CE-MS interface (based on co-axial sheath liquid, SHL), background electrolyte (BGE) and mass spectrometer (MS) settings were optimized providing a good separation of 27 amino acids, including the isomers L-leucine, L-isoleucine and L-alloisoleucine, in less than 30 min. The SHL was composed of 0.50% (v/v) formic acid in 60% (v/v) methanol-water delivered at a flow rate of 5 µL min-1. The BGE consisted of 0.80 mol L-1 formic acid and 15% (v/v) methanol. A pH stacking procedure was implemented to enhance sensitivity (a 12.5% (v/v) NH4OH solution was injected at 0.5 psi/9 s prior to samples). The proposed method was thoroughly validated according to FDA and ICH protocols exhibiting acceptable parameters. A successful quantification of amino acids in urine samples from the VUR cohort was achieved. The statistical evaluation of the results showed that some of the amino acids may carry information for the discrimination of the urine samples between the test and control groups. For untargeted metabolomics analysis, methods by RPLC-MS and HILIC-MS were optimized. Five columns with different properties were investigated for RPLC and four columns for HILIC; additionally, the influence of additives and pH of the mobile phase were investigated. The optimum conditions were determined assessing the peak shape, signal-to-noise ratio, retention time, number of molecular features detected and their distribution during the elution gradient. The best condition obtained for RPLC uses CSH C18 column and mobile phase composed by 0.1% (v/v) formic acid in water (A) and 0.1% (v/v) formic acid in acetonitrile (B). For HILIC, the best performance was obtained with the zwitterionic ZIC-HILIC column and mobile phase composed by 10 mmol L-1 ammonium acetate pH 6.8 (B) and 95% (v/v) acetonitrile and 5% (v/v) 200 mmol L-1 ammonium acetate pH 6.8 (A). Urine samples from the control and test groups were submitted to global metabolomics analysis by RPLC-MS using the optimized method and by CESI-MS. The results indicated that several metabolic pathways may have been altered by VUR. Changes of carnitine and acylcarnitine levels, amino acids and derivatives, purines and others was observed. Furthermore, the presence of acylcarnitines in the urine may indicate mitochondrial damage and the decrease of tryptophan and increase of the kynurenic acid indicate a change in the metabolism of tryptophan.

Uma avaliação da concentração dos aminoácidos primários em amostras de urina de crianças com refluxo vésico-ureteral (VUR) em busca de caminhos para o diagnóstico não invasivo desta doença. Dois métodos analíticos por eletroforese capilar com detecção UV/vis foram desenvolvidos para a quantificação dos analitos. No método 1 empregou-se a detecção UV/vis direta em 200 e 214 nm com as condições eletroforéticas eletrólito tampão fosfato 90 mmol L-1 pH 2,1; tensão de +15 kV; injeção de 7 s a 0,5 psi; capilar de 75 µm de diâmetro interno; 40,2 cm de comprimento total e 30,0 cm de comprimento efetivo. No método 2, fez-se uso da detecção indireta em 254 nm, com as condições eletroforéticas eletrólito tampão TEA 20 mmol L-1 e DNB 10 mmol L-1 pH 10,84; modificador de fluxo DDAB a 4 mmol L-1; tensão de -15 kV; injeção de 7 s a 0,5 psi; capilar de 75 µm de diâmetro interno; 50,2 cm de comprimento total e 40,0 cm de comprimento efetivo. O método 1 apresentou parâmetros de validação linearidade, precisão intra-dia e inter-dia, seletividade, robustez e recuperação satisfatórios. A quantificação de creatinina, fenilalanina (Phe), histidina (His), triptofano (Trp), tirosina (Tyr) nas amostras de urina foi possível pelo método 1, porém inviável para quantificação de arginina (Arg). O método 2 apresentou valores de robustez e recuperação satisfatórios para os aminoácidos alanina (Ala), aspartato (Asp), glutamato (Glu) e glicina (Gly) satisfatórios, mas a quantificação dos mesmos na maioria das amostras de urina diluída não foi possível por estarem em nível de concentração abaixo da detecção ou quantificação. Para avaliar a potencialidade dos resultados como ferramenta no diagnóstico do VUR, os aminoácidos His, Phe, Trp e Tyr, quantificados em todas as amostras, foram empregados como variáveis na classificação das amostras em dois grupos distintos (1) grupo de crianças saudáveis e (2) grupo de crianças diagnosticadas com VUR. A classificação realizada pelo método de análise de componente principal (PCA) apresentou valores estatísticos satisfatórios e poder de predição: R2 (capacidade de ajuste) e Q2 (capacidade de predição) foram 0.9993 e 0.65, respectivamente com os dois componentes principais (PC1 e PC2). A separação total com valor de Q2 desejável (acima de 0,8) poderia ser alcançada com uma quantidade maior de informação, sendo neste caso, número maior de aminoácidos quantificados. Assim, este trabalho abre caminho para estudos mais aprofundados na investigação da concentração dos aminoácidos primários em pacientes com VUR, objetivando o desenvolvimento de um potencial biomarcador para VUR. / An assessment of the concentration of primary amino acids in urine samples from children with vesicoureteral reflux (VUR) using capillary electrophoresis separation with UV/vis detection has been proposed to help establishing a means for non invasive diagnosis of the disease. Two analytical methods were developed. Method 1 used direct UV/vis detection at 200 and 214 nm, 90 mmol L-1 phosphate buffer at pH 2.1, high voltage separation at +15 kV, injection of 0.5 psi during 7 s, and a fused-silica capillary of 75 µm inner diameter, 40.2 cm total length, and 30.0 cm effective length. Method 2 used indirect UV/vis detection at 254 nm, TEA at 20 mmol L-1 and DNB at 10 mmol L-1 electrolyte at pH 10.84, 4 mmol L-1 DDAB as flow modifier, separation voltage at -15 kV, injection of 0,5 psi during 7 s, fused-silica capillary of 75 µm inner diameter, 50.2 cm total length, and 40,0 cm effective length. Method 1 presented satisfactory results for linearity, intra-day and inter-day precision, selectivity, robustness, and recovery. By method 1 it was possible to quantify creatinine, phenylalanine (Phe), histidine (His), tryptophan (Trp), tyrosine (Tyr) but not arginine (Arg) in the urine samples under investigation. Method 2 presented satisfactory robustness and recovery for alanine (Ala), aspartate (Asp), glutamate (Glu) and glycine (Gly), but the contents of these metabolites in the urine samples were not established because they lay below the limits of detection and quantitation. To assess the potentiality of the results as diagnostic tool for VUR condition, the concentrations of the amino acids His, Phe, Trp and Tyr, quantified in all samples, were used as variables in a classification procedure where samples were divided in two distinct groups: (a) a group of healthy children and (b) a group of children diagnosed with VUR. The classification by principal component analysis (PCA) showed a partial separation with good statistics and prediction power: R2 (goodness of fit) and Q2 (goodness of prediction) were 0.9993 and 0.65, respectively with two components analysis (PC1 and PC2). Values of Q2 greater than 0.8 are usually desired and it could be provided if more information was available, such as a greater number of amino acids being quantified. Thus, this research opens the way for further investigative studies of amino acids concentration in patients with primary VUR, aimed at developing a potential biomarker for VUR.

Uma avaliação da concentração dos aminoácidos primários em amostras de urina de crianças com refluxo vésico-ureteral (VUR) em busca de caminhos para o diagnóstico não invasivo desta doença. Dois métodos analíticos por eletroforese capilar com detecção UV/vis foram desenvolvidos para a quantificação dos analitos. No método 1 empregou-se a detecção UV/vis direta em 200 e 214 nm com as condições eletroforéticas eletrólito tampão fosfato 90 mmol L-1 pH 2,1; tensão de +15 kV; injeção de 7 s a 0,5 psi; capilar de 75 µm de diâmetro interno; 40,2 cm de comprimento total e 30,0 cm de comprimento efetivo. No método 2, fez-se uso da detecção indireta em 254 nm, com as condições eletroforéticas eletrólito tampão TEA 20 mmol L-1 e DNB 10 mmol L-1 pH 10,84; modificador de fluxo DDAB a 4 mmol L-1; tensão de -15 kV; injeção de 7 s a 0,5 psi; capilar de 75 µm de diâmetro interno; 50,2 cm de comprimento total e 40,0 cm de comprimento efetivo. O método 1 apresentou parâmetros de validação linearidade, precisão intra-dia e inter-dia, seletividade, robustez e recuperação satisfatórios. A quantificação de creatinina, fenilalanina (Phe), histidina (His), triptofano (Trp), tirosina (Tyr) nas amostras de urina foi possível pelo método 1, porém inviável para quantificação de arginina (Arg). O método 2 apresentou valores de robustez e recuperação satisfatórios para os aminoácidos alanina (Ala), aspartato (Asp), glutamato (Glu) e glicina (Gly) satisfatórios, mas a quantificação dos mesmos na maioria das amostras de urina diluída não foi possível por estarem em nível de concentração abaixo da detecção ou quantificação. Para avaliar a potencialidade dos resultados como ferramenta no diagnóstico do VUR, os aminoácidos His, Phe, Trp e Tyr, quantificados em todas as amostras, foram empregados como variáveis na classificação das amostras em dois grupos distintos (1) grupo de crianças saudáveis e (2) grupo de crianças diagnosticadas com VUR. A classificação realizada pelo método de análise de componente principal (PCA) apresentou valores estatísticos satisfatórios e poder de predição: R2 (capacidade de ajuste) e Q2 (capacidade de predição) foram 0.9993 e 0.65, respectivamente com os dois componentes principais (PC1 e PC2). A separação total com valor de Q2 desejável (acima de 0,8) poderia ser alcançada com uma quantidade maior de informação, sendo neste caso, número maior de aminoácidos quantificados. Assim, este trabalho abre caminho para estudos mais aprofundados na investigação da concentração dos aminoácidos primários em pacientes com VUR, objetivando o desenvolvimento de um potencial biomarcador para VUR. / An assessment of the concentration of primary amino acids in urine samples from children with vesicoureteral reflux (VUR) using capillary electrophoresis separation with UV/vis detection has been proposed to help establishing a means for non invasive diagnosis of the disease. Two analytical methods were developed. Method 1 used direct UV/vis detection at 200 and 214 nm, 90 mmol L-1 phosphate buffer at pH 2.1, high voltage separation at +15 kV, injection of 0.5 psi during 7 s, and a fused-silica capillary of 75 µm inner diameter, 40.2 cm total length, and 30.0 cm effective length. Method 2 used indirect UV/vis detection at 254 nm, TEA at 20 mmol L-1 and DNB at 10 mmol L-1 electrolyte at pH 10.84, 4 mmol L-1 DDAB as flow modifier, separation voltage at -15 kV, injection of 0,5 psi during 7 s, fused-silica capillary of 75 µm inner diameter, 50.2 cm total length, and 40,0 cm effective length. Method 1 presented satisfactory results for linearity, intra-day and inter-day precision, selectivity, robustness, and recovery. By method 1 it was possible to quantify creatinine, phenylalanine (Phe), histidine (His), tryptophan (Trp), tyrosine (Tyr) but not arginine (Arg) in the urine samples under investigation. Method 2 presented satisfactory robustness and recovery for alanine (Ala), aspartate (Asp), glutamate (Glu) and glycine (Gly), but the contents of these metabolites in the urine samples were not established because they lay below the limits of detection and quantitation. To assess the potentiality of the results as diagnostic tool for VUR condition, the concentrations of the amino acids His, Phe, Trp and Tyr, quantified in all samples, were used as variables in a classification procedure where samples were divided in two distinct groups: (a) a group of healthy children and (b) a group of children diagnosed with VUR. The classification by principal component analysis (PCA) showed a partial separation with good statistics and prediction power: R2 (goodness of fit) and Q2 (goodness of prediction) were 0.9993 and 0.65, respectively with two components analysis (PC1 and PC2). Values of Q2 greater than 0.8 are usually desired and it could be provided if more information was available, such as a greater number of amino acids being quantified. Thus, this research opens the way for further investigative studies of amino acids concentration in patients with primary VUR, aimed at developing a potential biomarker for VUR.

Abstract The aims were to evaluate the occurrence of vesicoureteral reflux (VUR) in children, to assess the frequency of significant ultrasonography (US) abnormalities and to study whether abandoning the use of voiding cystourethrographies (VCUG) is safe in children with urinary tract infection (UTI). We analysed reports on US and VCUG in a consecutive series of 406 paediatric patients and in a large population-based group of 2036 children with UTI. Based on the urine culture data, we analysed the frequencies of VUR and US abnormalities in relation to the reliability of the UTI diagnoses. Using a cohort of 1185 children on whom both VCUG and US had been performed, we evaluated whether US imaging alone is sufficient. In a follow-up study, we excluded 24 cases with major renal dysplasia or obstruction of the urinary tract from this cohort of 1185 children leaving a series of 1161 cases, of which 228 were randomly selected for follow-up and 193 (85%) participated, with a mean follow-up time of 11 years (range 6 to 17 years). The occurrence of VUR was similar among the children with proven (37%) or certain (36%) versus false (35%) or improbable (36%) UTI and decreased with increasing age. Significant US abnormalities were found in 10% and the frequency increased as the diagnostic reliability improved (15% in the proven UTI class and 8% in the false class). In the cohort of 1185 children, initial US was normal in 861 (73%), out of whom VCUG identified two cases of urethral valves and 40 cases of grade III to V VUR who could have benefited from surgical treatment, giving a figure of 42/861 (5%) for pathological findings that might have been missed if VCUG had not been performed. In the follow-up study, unilateral renal parenchymal defect was found in 22 (15%) out of the 150 patients who underwent control US, all except one of these being in patients with grade III to V VUR. Serum cystatin C concentration, estimated glomerular filtration rates and blood pressure were within the normal ranges in all the patients despite the defects seen in US. We conclude that VUR is a common age-related phenomenon in children and is not as closely associated with UTI as was previously thought. Children with UTI could be examined using US alone. Once obstructive uropathy and major renal dysplasia have been ruled out, the risk of long-term consequences in a case of childhood UTI is very low. / Tiivistelmä Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää virtsan takaisinvirtauksen (vesikoureteraalinen takaisinvirtaus, VUR) esiintyvyyttä lapsilla sekä arvioida merkittävien virtsateiden rakennepoikkeavuuksien yleisyyttä ja ultraäänitutkimuksen (UÄ) riittävyyttä virtsatieinfektion (VTI) sairastaneilla lapsilla. Analysoimme sairastetun VTI:n vuoksi tehtyjen UÄ- ja miktiokystografiatutkimusten löydökset 406 lapsen potilassarjassa ja 2036 lapsen väestöpohjaisessa aineistossa. Virtsaviljelytulosten pohjalta luokittelimme potilaat VTI-diagnoosin luotettavuuden mukaan. Väestöpohjaisen aineiston 1185 lapselle oli tehty sekä UÄ-tutkimus että miktiokystografia, ja tässä kohortissa arvioimme pelkän UÄ:n riittävyyttä virtsateiden kuvantamisessa. Seurantatutkimusta varten 1185 lapsen kohortista jätimme pois 24 potilasta, joilla oli todettu munuaisdysplasia tai virtsateiden virtauseste. Jälkitarkastukseen kutsuimme tästä 1161 potilaan tutkimusaineistosta ryväsotannalla 228 potilasta, joista 193 (85 %) osallistui. Keskimääräinen seuranta-aika oli 11 vuotta (vaihtelu 6–17 vuotta). Tutkimuksemme mukaan VUR on yleinen myös lapsilla, jotka eivät ole sairastaneet varmennettua VTI:ta. Näillä lapsilla VUR:n esiintyvyys oli 35–36 %, joka oli sama kuin varman VTI:n sairastaneilla (36–37 %), ja esiintyvyys väheni merkittävästi iän myötä. Merkittävä UÄ-poikkeavuus todettiin kaikkiaan 10 %:lla, ja riski oli suurin varman VTI:n sairastaneilla. 1185 lapsen kohortissa UÄ-tutkimus oli normaali 861:lla (73 %). Miktiokystografiassa heistä 42/861:lla (5 %) löydettiin merkittävä virtsatieanomalia (n = 2) tai VUR, joka oli hoidettu kirurgisesti (n = 40). Jälkitarkastuksessa 22:lla (15 %) UÄ:llä tutkitusta 150 potilaasta todettiin toispuoleinen munuaisarpi, ja yhtä tapausta lukuun ottamatta arvet löytyivät niiltä, joilla oli lapsena ollut III−V asteen VUR. Todetuista munuaisarvista huolimatta kaikilla seurantatutkimukseen osallistuneilla potilailla oli normaali munuaisten toiminta ja verenpaine. Aiemmasta käsityksestä poiketen VUR näyttäisi olevan yleinen, kasvun myötä häviävä ilmiö myös terveillä lapsilla. Virtsatieinfektion sairastaneilla lapsilla UÄ-tutkimus riittää virtsateiden kuvantamiseen ja kun synnynnäinen munuaisdysplasia ja virtsateiden virtauseste on poissuljettu, riski merkittäviin myöhäiskomplikaatioihin on hyvin pieni.

A presente tese de doutorado propõe investigar mapas peptídicos urinários via eletroforese capilar acoplada ao espectrômetro de massas e avaliar se existe correlação entre estes e a presença de refluxo vésico-ureteral (RVU), visando desenvolver um novo método não invasivo para diagnosticar RVU em crianças, e ainda averiguar a existência de possíveis biomarcadores para a doença. Vinte e quatro amostras de urina de crianças positivas para RVU e quinze saudáveis, anteriormente submetidas à uretrocistografia miccional, foram disponibilizadas ao nosso grupo. Estas foram filtradas para eliminar proteínas de alta massa molar e pré-concentradas em coluna de fase reversa C2. Os mapas peptídicos foram obtidos via CE-MS em um eletrólito composto por 0,8% de ácido metanóico e 20% de metanol; já o líquido auxiliar consistia em 0,8% de ácido metanóico e 60% de metanol. Diversos métodos de classificação de aglomerados foram experimentados com os mapas peptídicos. Todos indicaram que as variáveis mais importantes para este discernimento eram os picos mais intensos ordenados em blocos de tempo. Entre os métodos de classificação não supervisionada, PCA (Principal Component Analysis) foi o mais perceptível na tarefa de distribuir os conjuntos de amostras. Para este, a porcentagem de acertos entre as amostras positivas foi de 75% e, entre as amostras negativas foi de 86,7%. No entanto, a taxa de erro encontrada por este método foi de 20,5%, não cumprindo o objetivo proposto. Entre os métodos de classificação supervisionada, SVM (Support Vector Machines) foi o selecionado, exprimindo melhor habilidade em prever que os modelos lineares e boa capacidade de generalização. O método otimizado apontou para o uso da função de base radial, o que está de acordo com outros trabalhos na área. Outras três variáveis ajustadas foram o parâmetro capacidade, o responsável por controlar a amplitude da função gaussiana e o ε-insensitive loss function. A validação cruzada LOO (leave-one-out) realizada para a rede treinada pelo SVM exibiu 0,00454 para a raiz quadrada da média dos erros e coeficiente de correlação próximo de um, indicando que o ajuste dos dados foi bem realizado. Empregando um mínimo de 80% das amostras para treinamento e 10% para verificação, o modelo foi capaz de classificar corretamente as amostras restantes. Três grupos de amostras para testes foram separados e a rede foi capaz de classificá-los corretamente. Biomarcadores específicos para RVU foram pesquisados durante o trabalho. Peptídeos que apareceram em mais de 70% das amostras de urina positivas para RVU e em menos de 15% das amostras de urina saudáveis foram selecionados. Espectros MS2 foram obtidos para estes peptídeos, e a pesquisa em bancos de espectros indicou um fragmento da imunoglobulina G como um possível candidato. No entanto, a existência de um biomarcador específico para RVU é ainda incerta, carecendo de uma investigação mais aprofundada para se concretizar este objetivo. Nos mapas peptídicos existem disparidades entre os dois grupos de amostras, que foram correlacionadas nesta tese com a presença de refluxo vésico-ureteral, sendo o nosso espaço amostral classificado corretamente / The present doctorate thesis intends to investigate urinary peptides maps by capillary electrophoresis coupled with mass spectrometry (CE-MS) to evaluate whether there is a correlation between these maps and vesicoureteral reflux (VUR) pathology, with the purpose of developing a new non invasive method for RVU diagnosis in children, and to investigate possible biomarkers for the illness. Twenty four urine samples of positive children for RVU and fifteen healthy children samples, previously submitted to the miccional cystourethrography, were available. Samples were filtered to eliminate proteins of high molar mass and preconcentrated in reversed-phase C2 columns. Peptide enriched samples were submitted to analysis by CE-MS in an electrolyte consisted of 0.8% formic acid and 20% methanol; sheath liquid was composed of 0.8% formic acid and 60% methanol. Diverse cluster analysis techniques were attempted to classify the peptide maps. The most important variables for screening were the most intense peaks organized by blocks of time. Among the non supervised methods, PCA (Principal Component Analysis) performed best in the task of discriminating the sample sets. For PCA, 75% of positive samples and 86.7% of negative samples were correctly assigned. However, the error found for this method was 20.5%, not fulfilling the purpose. Among the supervised methods, SVM (Support Vector Machines) performed best, exhibiting better prediction ability than the linear models and good generalization. The optimized method used a radial basis function, which is in agreement with literature. Three other variables were adjusted: the capacity parameter, responsible for controlling the Gaussian function amplitude and the e- insensitive loss function. The LOO (leave-one-out) cross-validation for the training set showed 0.005011 for the root-mean-square error (RMS) and a coefficient of correlation close to one, indicating good fitting and consistency. With a minimum of 80% samples for training and 10% for verification, the model was capable to classify correctly the remaining samples. Three sample groups for tests had been separated and the net was capable to classify them correctly. Specific biomarkers for VUR were searched. Peptides that appeared in more than 70% of positive urine samples for VUR and less than 15% of negative samples were selected. MS2 spectra were acquired for these peptides and database search pointed to an IgG fragment as a possible candidate biomarker. However, the existence of a specific biomarker for VUR is not conclusive with the present data and a more thorough investigation must be pursued. Nevertheless, the peptidic maps inspected in this work carried enough information that allowed discrimination of two sample sets, one of them correctly associated with VUR

A presente tese de doutorado propõe investigar mapas peptídicos urinários via eletroforese capilar acoplada ao espectrômetro de massas e avaliar se existe correlação entre estes e a presença de refluxo vésico-ureteral (RVU), visando desenvolver um novo método não invasivo para diagnosticar RVU em crianças, e ainda averiguar a existência de possíveis biomarcadores para a doença. Vinte e quatro amostras de urina de crianças positivas para RVU e quinze saudáveis, anteriormente submetidas à uretrocistografia miccional, foram disponibilizadas ao nosso grupo. Estas foram filtradas para eliminar proteínas de alta massa molar e pré-concentradas em coluna de fase reversa C2. Os mapas peptídicos foram obtidos via CE-MS em um eletrólito composto por 0,8% de ácido metanóico e 20% de metanol; já o líquido auxiliar consistia em 0,8% de ácido metanóico e 60% de metanol. Diversos métodos de classificação de aglomerados foram experimentados com os mapas peptídicos. Todos indicaram que as variáveis mais importantes para este discernimento eram os picos mais intensos ordenados em blocos de tempo. Entre os métodos de classificação não supervisionada, PCA (Principal Component Analysis) foi o mais perceptível na tarefa de distribuir os conjuntos de amostras. Para este, a porcentagem de acertos entre as amostras positivas foi de 75% e, entre as amostras negativas foi de 86,7%. No entanto, a taxa de erro encontrada por este método foi de 20,5%, não cumprindo o objetivo proposto. Entre os métodos de classificação supervisionada, SVM (Support Vector Machines) foi o selecionado, exprimindo melhor habilidade em prever que os modelos lineares e boa capacidade de generalização. O método otimizado apontou para o uso da função de base radial, o que está de acordo com outros trabalhos na área. Outras três variáveis ajustadas foram o parâmetro capacidade, o responsável por controlar a amplitude da função gaussiana e o ε-insensitive loss function. A validação cruzada LOO (leave-one-out) realizada para a rede treinada pelo SVM exibiu 0,00454 para a raiz quadrada da média dos erros e coeficiente de correlação próximo de um, indicando que o ajuste dos dados foi bem realizado. Empregando um mínimo de 80% das amostras para treinamento e 10% para verificação, o modelo foi capaz de classificar corretamente as amostras restantes. Três grupos de amostras para testes foram separados e a rede foi capaz de classificá-los corretamente. Biomarcadores específicos para RVU foram pesquisados durante o trabalho. Peptídeos que apareceram em mais de 70% das amostras de urina positivas para RVU e em menos de 15% das amostras de urina saudáveis foram selecionados. Espectros MS2 foram obtidos para estes peptídeos, e a pesquisa em bancos de espectros indicou um fragmento da imunoglobulina G como um possível candidato. No entanto, a existência de um biomarcador específico para RVU é ainda incerta, carecendo de uma investigação mais aprofundada para se concretizar este objetivo. Nos mapas peptídicos existem disparidades entre os dois grupos de amostras, que foram correlacionadas nesta tese com a presença de refluxo vésico-ureteral, sendo o nosso espaço amostral classificado corretamente / The present doctorate thesis intends to investigate urinary peptides maps by capillary electrophoresis coupled with mass spectrometry (CE-MS) to evaluate whether there is a correlation between these maps and vesicoureteral reflux (VUR) pathology, with the purpose of developing a new non invasive method for RVU diagnosis in children, and to investigate possible biomarkers for the illness. Twenty four urine samples of positive children for RVU and fifteen healthy children samples, previously submitted to the miccional cystourethrography, were available. Samples were filtered to eliminate proteins of high molar mass and preconcentrated in reversed-phase C2 columns. Peptide enriched samples were submitted to analysis by CE-MS in an electrolyte consisted of 0.8% formic acid and 20% methanol; sheath liquid was composed of 0.8% formic acid and 60% methanol. Diverse cluster analysis techniques were attempted to classify the peptide maps. The most important variables for screening were the most intense peaks organized by blocks of time. Among the non supervised methods, PCA (Principal Component Analysis) performed best in the task of discriminating the sample sets. For PCA, 75% of positive samples and 86.7% of negative samples were correctly assigned. However, the error found for this method was 20.5%, not fulfilling the purpose. Among the supervised methods, SVM (Support Vector Machines) performed best, exhibiting better prediction ability than the linear models and good generalization. The optimized method used a radial basis function, which is in agreement with literature. Three other variables were adjusted: the capacity parameter, responsible for controlling the Gaussian function amplitude and the e- insensitive loss function. The LOO (leave-one-out) cross-validation for the training set showed 0.005011 for the root-mean-square error (RMS) and a coefficient of correlation close to one, indicating good fitting and consistency. With a minimum of 80% samples for training and 10% for verification, the model was capable to classify correctly the remaining samples. Three sample groups for tests had been separated and the net was capable to classify them correctly. Specific biomarkers for VUR were searched. Peptides that appeared in more than 70% of positive urine samples for VUR and less than 15% of negative samples were selected. MS2 spectra were acquired for these peptides and database search pointed to an IgG fragment as a possible candidate biomarker. However, the existence of a specific biomarker for VUR is not conclusive with the present data and a more thorough investigation must be pursued. Nevertheless, the peptidic maps inspected in this work carried enough information that allowed discrimination of two sample sets, one of them correctly associated with VUR