Wirkung der Beckenstrahlentherapie auf das Darmmikrobiom und Metabolom (EPRIMM)

Hintergrund 80 % der Patienten entwickeln während der Beckenbestrahlung eine gastrointestinale Toxizität und die Hälfte entwickelt eine chronische gastrointestinale Toxizität. Dies äußert sich in Durchfall, Schmerzen, Blutungen und Inkontinenz. Im Gegensatz zu vielen Erkrankungen ist das auslösende Ereignis, die Strahlentherapie, bekannt und ermöglicht so die Identifizierung spezifischer pathophysiologischer Veränderungen. Das metabolische und mikrobiomische Profil von Patienten, die sich einer Beckenbestrahlung unterziehen, und der Zusammenhang mit der gastrointestinalen Toxizität wurden noch nicht vollständig untersucht. Studien deuten darauf hin, dass Strahlung das Darmmikrobiom und damit die mikrobielle Vielfalt verändert. Eine höhere Diversität vor der Strahlentherapie wurde bei Patienten ohne gastrointestinale Symptome beobachtet, wobei die Diversität mit zunehmender gastrointestinaler Toxizität abnahm und ein Zusammenhang zwischen geringer mikrobieller Diversität und dem Schweregrad der chronischen gastrointestinalen Toxizität bestand. Eine Ernährungsumstellung kann die mikrobielle Zusammensetzung verändern. Fäkale VOCs sind Chemikalien, die bei Umgebungstemperatur in der Gasphase vorliegen und das fäkale Metabolom bilden, das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen der Darmmikrobiota und dem Zellstoffwechsel. VOCs können mit etablierten Techniken identifiziert werden und es wurden einzigartige VOCs-Muster bei bestimmten Magen-Darm-Erkrankungen identifiziert. Erste Daten deuten auf Unterschiede bei den VOCs zwischen Patienten mit hoher und niedriger gastrointestinaler Toxizität hin. Die Erstellung und Manipulation metabolomischer und mikrobiomischer Profile hat das Potenzial, das Verständnis krankheitsbedingter Prozesse zur Vorhersage, Vorbeugung und Behandlung von gastrointestinaler Toxizität zu verbessern.

Begründung Die gastrointestinale Toxizität ist sowohl während als auch nach einer Beckenbestrahlung eine wesentliche Ursache für Morbidität und beeinträchtigt die Lebensqualität. Es gibt nur wenige Untersuchungen zu diesem Zustand. Das metabolische und mikrobiomische Profil von Patienten, die sich einer Beckenbestrahlung unterziehen, und der Zusammenhang mit der gastrointestinalen Toxizität wurden noch nicht vollständig untersucht. Studien deuten darauf hin, dass Strahlung das Darmmikrobiom und damit die mikrobielle Vielfalt verändert. Eine höhere Diversität vor der Strahlentherapie wurde bei Patienten ohne gastrointestinale Symptome beobachtet, wobei die Diversität mit zunehmender gastrointestinaler Toxizität abnahm und ein Zusammenhang zwischen geringer mikrobieller Diversität und dem Schweregrad der chronischen gastrointestinalen Toxizität bestand. Eine Ernährungsumstellung kann die mikrobielle Zusammensetzung verändern. Bei bestimmten Magen-Darm-Erkrankungen wurden einzigartige VOC-Muster identifiziert. Erste Daten deuten auf Unterschiede bei den VOCs zwischen Patienten mit hoher und niedriger gastrointestinaler Toxizität hin. Die Erstellung und Manipulation metabolomischer und mikrobiomischer Profile hat das Potenzial, das Verständnis krankheitsbedingter Prozesse zur Vorhersage, Vorbeugung und Behandlung von gastrointestinaler Toxizität zu verbessern.

Durch den Vergleich der vor und nach der Strahlentherapie gesammelten Proben wollen die Forscher potenzielle Biomarker identifizieren. Sie werden Metadaten integrieren, die auf eine negative gastrointestinale Reaktion auf die Therapie hinweisen, d. h. GI-Toxizitätssymptome aus validierten Fragebögen, mit Daten zur mikrobiellen Gemeinschaft und VOC-Daten, um Marker (VOCs oder Bakterien) zu identifizieren, die mit den Symptomen zunehmen. Sie werden auch ermitteln, welche Arten Patienten anfälliger für negative Folgen machen, indem sie die Vorbehandlung in der Gemeinschaft analysieren.

Frühere Literatur, die kulturbasierte Methoden verwendete, zeigte einen Anstieg von E. coli und Staphylococcus spp. und die Ermittler werden feststellen, ob sie dies bestätigen können. Im Hinblick auf VOCs werden sie nach Entzündungsmarkern suchen, z. Aldehyde. Es wurde vermutet, dass es Ähnlichkeiten zwischen strahleninduzierter gastrointestinaler Toxizität und IBD, insbesondere Morbus Crohn, gibt. Daher wäre es interessant zu sehen, ob es eine ähnliche Dysbiose der mikrobiellen Gemeinschaft und des VOC-Profils gibt wie bei Morbus Crohn, d. h. ob bei Patienten mit schweren gastrointestinalen Toxizitätssymptomen auch eine verminderte Artenvielfalt, eine Zunahme der Bacteroides- und Enterobacteriaceae-Arten in Verbindung mit einer Abnahme der Fäkalbakterien beobachtet werden.

Mögliche Eingriffe zur Veränderung des Darmmikrobioms, z.B. Ernährung, Prä-/Probiotika und die Transplantation synthetischer fäkaler Mikrobiota werden derzeit in vielen klinischen Forschungsbereichen in anderen verwandten klinischen Bereichen eingesetzt, z. B. entzündliche Darmerkrankungen, und wären die Arten von Interventionen, die aufgrund der Informationen aus dieser Arbeit und der anschließenden endgültigen Studie angezeigt sein könnten.

Die Ziele der anschließenden definitiven Studie sind folgende:

1. Bestimmen Sie die Unterschiede im VOC-Profil/Mikrobiom bei Patienten mit der schwersten vs. der geringsten schweren gastrointestinalen Toxizität nach 4 Wochen und 6 Monaten.
2. Bestimmen Sie die Unterschiede im VOC-Profil/Mikrobiom zu Studienbeginn bei Patienten, die nach 4 Wochen und 6 Monaten die schwerste bzw. die geringste schwere gastrointestinale Toxizität entwickeln.
3. Charakterisieren Sie krankheitsbedingte Wege für gastrointestinale Toxizität, um potenzielle therapeutische Ziele, einschließlich der Ernährung, zu identifizieren.