Machbarkeitsstudie zum Testen transkriptioneller Reaktionen als Indikator für individuelle Reaktionen auf Strahlungseffekte (RTGene)

Biologische Marker der Strahlenexposition spielen eine entscheidende Rolle bei der Triage mutmaßlich exponierter Personen nach einem Strahlenunfall oder -vorfall. Sie können auch individuelle Dosen abschätzen, die eine Beurteilung späterer Strahlenfolgen bei betroffenen Personen ermöglichen. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass der Genexpressionstest ein empfindlicher biologischer Marker für die Strahlenexposition ist und das Potenzial hat, für eine wirklich individualisierte Dosimetrie eingesetzt zu werden. Die Möglichkeit, diesen Genexpressionsassay in einem Massenszenario mit Massenunfällen einzusetzen, wurde kürzlich in einem Vergleichsversuch vorgeschlagen und getestet. Klassische zytogenetische Techniken und insbesondere der dizentrische Goldstandard-Assay haben zwei Hauptnachteile: (1) mangelnder Hochdurchsatz und (2) Verzögerungen von mehreren Tagen zwischen der Blutentnahme und der Verfügbarkeit der Ergebnisse. Obwohl noch mehr Arbeit geleistet werden muss, um die Eignung für Triage-Zwecke weiter zu beurteilen, ist es klar, dass die Genexpressionsanalyse in Blutproben wertvolle Informationen liefern kann, da es ein Zeitfenster gibt (d. h. 12–48 Stunden) nach Strahlenexposition, bei der bestimmte auf Strahlung reagierende Gene lineare Dosisreaktionen (0–5 Gy) aufweisen. Die meisten bisherigen Arbeiten konzentrierten sich auf die Entwicklung empfindlicher Assays zur Untersuchung von Genexpressionsmodifikationen unter Verwendung modernster Technologie, d. h. quantitativer Multiplex-Systeme, digitaler Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) und molekularer Zählsysteme.

Bei Public Health England (PHE) ermöglicht eine kürzlich etablierte Technologie die direkte Zählung von Nukleinsäuremolekülen (DNA, mRNA, miRNA und lncRNA), ohne dass enzymatische Reaktionen oder Amplifikationsschritte erforderlich sind, wodurch die Zeit für die Datenerfassung verkürzt wird. Das System bietet eine Multiplexkapazität, die mit Microarrays vergleichbar ist, jedoch eine höhere Präzision und Empfindlichkeit aufweist. Ein weiterer einzigartiger Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass keine langwierigen, zeitaufwändigen bioinformatischen Analysen erforderlich sind, da die Ergebnisse als gezählte Anzahl von Ereignissen ermittelt werden. Diese neue Technik zur Genexpressionsanalyse wurde für Strahlenbiodosimetrieanwendungen mit vielversprechenden Ergebnissen bewertet. Darüber hinaus hat sich die Genexpression als vielversprechender Marker für Spätfolgen der Strahlung erwiesen, beispielsweise für normale Gewebereaktionen nach einer kurativen Strahlentherapie bei Brustkrebs. Klinische Daten deuten darauf hin, dass systemische Entzündungsreaktionen eine entscheidende Rolle beim Fortschreiten der Strahlenwirkung spielen: Beispielsweise stellt das Verhältnis von Neutrophilen zu Lymphozyten einen Marker für die Vorbehandlung einer systemischen Entzündung dar und ist ein unabhängiger Prognosefaktor, der für die individuelle Risikobewertung in der Brust nützlich ist Krebspatienten, die sich einer Strahlentherapie unterziehen. Gene, die für Entzündungsreaktionen relevant sind, sind daher interessante Kandidaten für weitere Untersuchungen. Die Linearität der transkriptionellen Dosis-Wirkungs-Wirkung für bestimmte auf Strahlung reagierende Gene in ex vivo exponierten menschlichen Blutproben wurde kürzlich zum ersten Mal nachgewiesen, und die interindividuelle Variabilität der Reaktion nach Expositionen mit niedrigen und hohen Dosen wurde neu bewertet. Der logische nächste Schritt für die biologische Entwicklung des Genexpressionsassays besteht darin, diese neuen Techniken mit menschlichen Blutproben zu validieren, die in vivo Strahlung ausgesetzt wurden.

Die Verwendung von Proben von Patienten, die sich einer Strahlentherapie unterziehen, zur Validierung von Techniken erfreut sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit. Eine ausgefeilte Behandlungsplanung für die klinische Strahlentherapie führt zu sehr genauen individuellen Dosisberechnungen, die eine Validierung biologischer Dosisschätzungen ermöglichen. Die Auswahl an Standard-Strahlentherapieplänen, die für die Aufnahme in diese Studie ausgewählt wurden, wird ein breites Dosisspektrum für die Beurteilung des Genexpressionstests allein und in Kombination mit den anderen zytogenetischen Tests bieten, um eine Reihe potenzieller Expositionsszenarien zu simulieren.

Periphere Blutproben werden mit Einverständniserklärung von Patienten entnommen, die sich vor und während der Behandlung von Brust-, Lungen-, Magen-Darm- und Urogenitaltumoren einer Standardstrahlentherapie unterziehen. Antworten von Panels mit bis zu 800 kodierenden und nicht-kodierenden RNAs werden in den Proben mithilfe des nCounter-Systems bewertet. Kandidatengene, die von PHE, Columbia und/oder in der Literatur als spezifisch für Strahlenreaktionen identifiziert wurden, werden zusammen mit Genen, die für systemische Entzündungsreaktionen relevant sind, einbezogen, um Transkriptionsreaktionen für eine Reihe von Dosen und Expositionen auf interindividueller Basis zu identifizieren. Die Daten werden mithilfe bestehender und neuer statistischer Tools analysiert, die sich auf die Modellierung von Zähldaten konzentrieren. Das angestrebte Ergebnis ist die Identifizierung einer strahlungsspezifischen Gruppe von Genen zur Information über individuelle Strahlungsreaktionen. Wenn die Ergebnisse positiv ausfallen, wird zu gegebener Zeit mit einer groß angelegten Folgemaßnahme zu diesem vorgeschlagenen Pilotprojekt gerechnet.