Bidraget fra induceret glykolyse til de udåndede flygtige organiske forbindelsers (VOC) signatur i lungekræft

Bidraget fra induceret glykolyse til de udåndede flygtige organiske forbindelsers (VOC) signatur i lungekræft

Abstrakt:

Lungekræft er berygtet for sin grusomme dødelighed, da det er den mest dødelige kræftsygdom hos både mænd og kvinder. Desværre bliver de fleste lungekræftformer opdaget og diagnosticeret på et meget fremskredent stadium, og det komplicerer behandlingsmulighederne. Derfor er der et stort, udækket behov for at udvikle en effektiv, meget følsom, meget specifik og ikke-invasiv screeningsmetode. Løsningen på dette problem kan findes i flygtige organiske forbindelser (VOC'er), som er organiske molekyler identificeret i udåndet ånde. Disse VOC'er adskiller sig mellem de personer, der lider af lungekræft, og raske personer. Da øget glykolyse er et af de karakteristiske mønstre for maligniteter, er formålet med denne undersøgelse at bestemme bidraget fra induceret glykolyse til disse udåndede VOC'er. Derfor vil denne undersøgelse sammenligne udåndede åndeprøver hos personer, der lider af lungekræft før og efter en glukoseudfordringstest. Denne undersøgelse sigter mod bedre at forstå de involverede mekanismer for at identificere de kendetegnende VOC'er. Dette kan hjælpe med at udvikle de så nødvendige diagnostiske midler til lungekræftscreening.

1. Introduktion:

   Lungekræft er den dødelige mølkræft hos både mænd og kvinder. [1] Der er to hovedklasser af lungekræft: den første, småcellet lungekræft (SCLC), som ofte omtales som havrecellekræft, og den anden er ikke-småcellet lungekræft (NSCLC), som udgør størstedelen af tilfælde af lungekræft. [2] Desværre udføres det meste af påvisning og diagnosticering af lungekræft, når kræften er i et fremskredent, metastatisk stadium, hvor kirurgi ikke er en levedygtig behandlingsmulighed. [3] Således kan påvisning og diagnosticering af dens tidlige stadier forbedre den femårige overlevelsesrate betydeligt samt give muligheden for en helbredelse.

   En effektiv, ikke-invasiv lungekræftscreeningsmetode til at skelne mellem biologiske markører fundet i højrisikogrupper er endnu ikke udviklet. På det seneste er forskere begyndt at overveje skabeloner for flygtige organiske forbindelser (VOC'er) som et muligt middel til tidlig påvisning. Disse VOC'er kan hentes og isoleres fra udåndede udåndingsprøver. VOC'erne afspejler den unikke metaboliske og biokemiske aktivitet i maligne celler. Denne sammenhæng er blevet bevist i flere forskere såvel som i vores egen gruppe [4], som har vist, at VOC'er ikke kun kan skelne mellem raske og ramte individer, men de kan endda skelne mellem SCLC og NSCLC. [5, 6] Den nuværende forskning vil fokusere på påvisning, identifikation og karakterisering af disse unikke biologiske markører, der findes i udåndingen af ​​dem, der lider af lungekræft. Blandt de VOC'er, der påvises, vil denne forskning specifikt fokusere på de VOC'er, som har potentialet til at blive inkorporeret i en effektiv, ikke-invasiv screeningsmetode for lungekræft.

   Carcinogenese er en proces, der er bundet til somatisk evolution. En af de mest populære evolutionære fordele fundet i maligne, metastatiske celler er den øgede optagelse af glukose gennem processen med glykolyse. Denne glykolyseproces er unik for maligne celler, fordi den er mest udtalt under anaerobe forhold, hvorimod raske celler oftest udfører glykolyse under aerobe forhold. Anaerob glykolyse - processen med omdannelse af glucose til mælkesyre i nærvær af oxygen - er også kendt som "Warburg-effekten" efter Otto Warburg, der opdagede denne egenskab. [7]

   Nogle af de kendetegnende processer, der findes i maligne celler, er således den overskridende hastighed for stofudveksling og øget glukose-nedbrydning (Warburg-effekten). Disse processer frigiver organiske forbindelser, hvoraf nogle frigives i udåndet ånde. Derfor vil denne forskning undersøge forholdet mellem en glukoseudfordringstest og dens effekt på mønsteret på VOC'er i udåndet ånde.

2. Forskningsmål:

   Skabelonen for organiske partikler i udåndet ånde skelner mellem de personer, der lider af aktiv lungekræft, fra de personer, der anses for at være raske. Formålet med denne undersøgelse er at undersøge bidraget fra glykolyseprocessen til denne unikke skabelon. Da processen med glykolyse accelereres i maligne celler, antager vi, at glukoseudfordringstesten vil udtrykke VOC hos de personer, der lider af sygdommen. Disse resultater kan bidrage til udviklingen af ​​diagnostiske værktøjer til lungekræft.

3. Hypotese:

   Vi antager, at Warburg-effekten er en essentiel komponent i skabelsen af ​​VOC'er, der er unikke for lungekræft, og derfor vil glukoseudfordringstesten øge produktionen af ​​disse VOC'er. Disse markører rummer potentialet til at skabe en mere effektiv, ikke-invasiv screeningsmetode med forbedret sensitivitet og specificitet.

4. Metoder:

4.1 Forskningsdesign: Denne forskning er en observationel case-kontrolundersøgelse, der vurderer sammenligningen mellem VOC-prøverne opnået fra udåndede åndeprøver og blodprøver taget før og efter en glukose-challenge-test. Glucosetesten involverer at drikke en opløsning, der indeholder 75 gram glukose og en venteperiode på 90 minutter mellem indsamlingen af ​​udåndet ånde og blodprøver. Der er behov for at faste i seks timer før denne test. Derudover vil der blive foretaget en klinisk vurdering baseret på den medicinske anamnese og på eksisterende, aktuelle medicinske oplysninger.

4.2 Undersøgelsespopulation: Målet med denne forskning er at afgøre, om glykolyseprocessen bidrager til det unikke VOC-mønster i udåndingsånden hos dem, der er ramt af lungekræft. Deltagerne vil blive udvalgt blandt personer, der i øjeblikket behandles på lungeklinikker af forskellige årsager. Kontrolgruppen vil omfatte deltagere, der er blevet identificeret som højrisikoindivider for lungekræft, mens undersøgelsesgruppen vil omfatte deltagere, der lider af aktiv lungekræft, men endnu ikke er påbegyndt nogen form for medicinsk behandling.

Rekrutteringsprocessen vil blive udført i to på hinanden følgende faser. I første fase vil tyve patienter fra undersøgelsesgruppen blive sammenlignet med de tyve deltagere fra kontrolgruppen. På dette tidspunkt vil der blive udført en foreløbig vurdering af dataene for at finde forskelle i VOC'erne mellem disse to grupper. Kun i tilfælde af, at disse forskelle findes, vil forskningen gå videre til anden fase, hvor yderligere 30 deltagere vil blive rekrutteret og testet til studiegruppen.

Kontrolgruppen vil som tidligere nævnt omfatte 20 deltagere, der ikke har lungekræft, men som ligner forskningsgruppen med hensyn til alder, køn, sygehistorie og rygehistorie. Denne klassificering vil blive udført baseret på de selvrapporteringsundersøgelser, som deltagerne har gennemført.

Eksklusionskriterier for undersøgelsespopulationen er som følger:

1. Patienter, der er uinteresserede for deltager og/eller ude af stand til at underskrive en samtykkeerklæring
2. Lungekræftpatienter, der er påbegyndt behandling forud for denne forskning
3. Patienter, der ikke er i stand til at gennemføre denne forskning og/eller opfølgningsbesøgene
4. Personer, der lider af diabetes

4.3 Forskningsvariabler:

De vigtigste variabler, som vil blive brugt til at teste vores hypotese, er som følger:

• Epidemiologiske variabler for deltagerne
• Kvantitative data, der definerer de ondartede celler (TMN, tumorens størrelse, antal metastaser og deres placering)
• Glucoseniveauerne (via en målepind) før og efter glukoseudfordringstesten (kræver en faste på 6 timer før testen)
• VOC-mønsteret opnået fra udåndingsprøverne og karakteriseringen af ​​disse molekyler via GCMS-metoden.

4.4 Forskningsmetoder:

Medicinsk anamnese:

En samling af detaljerne om patientens sygehistorie vil blive indhentet. Oplysninger som køn, alder, sygehistorie, forbrug af tobak og familiehistorie vil blive noteret. Derudover vil information, som kvantificerer og kvalificerer de ondartede celler (hvis de er til stede), blive indsamlet og registreret. Dette omfatter detaljer såsom typen af ​​tumor samt dens sted, volumen, histologiske karakteristika og billeddannelsesresultater. Nogle af de medicinske oplysninger vil blive hentet fra allerede eksisterende opdaterede lægejournaler.

Udåndingstest:

Hver deltager vil gennemgå en udåndingstest før og efter glukoseudfordringstesten med en liggeperiode på 90 minutter mellem testene.

Den detaljerede forklaring vedrørende processen med indsamling af udåndingsprøver:

Patienten vil udånde 3 vejrtrækninger (med 750 ml i hver udånding) i passende Mylar-poser i et sterilt område med teknologi, der sikrer, at udåndingsluften er isoleret og upåvirket fra det ydre miljø. Indholdet af Mylar-poserne vil blive opbevaret i TENAX-prøver, som bevarer prøverne i en periode på seks måneder. Prøverne vil gennemgå yderligere analyse på Israel Institute of Technology (Technion) i regi af professor Haim Hussam. Hver prøve vil blive analyseret med det formål at identificere VOC'er via GC-MS-metoden. Prøven vil gennemgå yderligere forarbejdning såsom SPME (pre-concentration into solid-phase microextraction). SPME vil blive overført til GC-MS. GC-MS-metoden giver mulighed for identifikation af forbindelserne på kort tid ved brug af kromatografiske og spektroskopiske instrumenter. Det spektroskopiske instrument vil gennemgå yderligere analyse via AOS-instrumentet. AOS inkluderer detektorer, som er konjugeret til nanopartikler af guld. Hver detektor identificerer en bred vifte af VOC'er i overensstemmelse med deres placering og koncentration, som forårsager forskellige niveauer af modstand. Dette svar registreres og vil gennemgå statistisk analyse via PCA for at fokusere på de specifikke VOC-mønstre, der findes i prøven.

Den detaljerede forklaring af processen med glukoseudfordringstesten er som følger:

Deltageren anmodes om at drikke en sukkerholdig opløsning (273 ml) bestående af 75 gram glukose og vand. Testen kræver, at deltageren faster i en periode på 6 timer før testen. Efter at have drukket opløsningen, skal deltageren vente en liggeperiode på 90 minutter før gentest af hans eller hendes udåndede åndedræt. Derudover vil niveauet af glukose blive testet med en oliepind, før opløsningen drikkes, og efter 90 minutters liggeperiode.

4.5 Statistisk analyse: Stikprøvestørrelsen er 70 personer (40 personer i første fase og yderligere 30 deltagere i anden fase som forklaret ovenfor).

Forventningen er, at der vil være en signifikant forskel mellem VOC-skabelonen før og efter glukoseudfordringstesten. Den estimerede effektforskel er omkring 30 %, idet det antages, at stikprøvefejlen er omkring 10 % og med et konfidensinterval på 95 %. Antallet af nødvendige deltagere for at opnå resultater med statistisk signifikans og størrelseseffekt varierer fra ca. 20-25 personer.

Informationen fra AOS, som registrerede ændringerne i resistens, vil blive analyseret via PCA for at fokusere på de specifikke VOC-mønsterændringer opnået i hver prøve.

De resterende variable, som blev målt kvantitativt, vil blive præsenteret i gennemsnit med deres tilsvarende standardafvigelser. De variabler, der blev opnået kvantitativt, vil blive præsenteret som procenter.

Statistisk analyse for signifikans vil blive udført af følgende statistiske test: Elevens T-test, Chi-Square, Analysis of Variance (ANOVA) og Kruskal-Wallis-testen. Alle statistiske test vil blive udført på SPSS computerprogrammet.