La contribución de la glucólisis inducida a la firma de los compuestos orgánicos volátiles (COV) exhalados en el cáncer de pulmón

La contribución de la glucólisis inducida a la firma de los compuestos orgánicos volátiles (COV) exhalados en el cáncer de pulmón

Resumen:

El cáncer de pulmón es famoso por sus crueles tasas de mortalidad, ya que es el cáncer más letal tanto en hombres como en mujeres. Desafortunadamente, la mayoría de los cánceres de pulmón se detectan y diagnostican en una etapa muy avanzada y esto complica las opciones de tratamiento. Por lo tanto, existe una necesidad apremiante e insatisfecha de desarrollar un método de detección eficaz, altamente sensible, altamente específico y no invasivo. La solución a este problema se puede encontrar en los compuestos orgánicos volátiles (COV), que son moléculas orgánicas identificadas en el aliento exhalado. Estos COV difieren entre las personas que padecen cáncer de pulmón y las personas sanas. Dado que el aumento de la glucólisis es uno de los patrones característicos de las neoplasias malignas, el propósito de este estudio es determinar la contribución de la glucólisis inducida a estos COV exhalados. Por lo tanto, este estudio comparará muestras de aliento exhalado en personas que padecen cáncer de pulmón antes y después de una prueba de provocación con glucosa. Este estudio tiene como objetivo comprender mejor los mecanismos involucrados para identificar los COV distintivos. Esto puede ayudar a desarrollar los medios de diagnóstico tan necesarios para la detección del cáncer de pulmón.

1. Introducción:

   El cáncer de pulmón es el cáncer letal de la polilla tanto en hombres como en mujeres. [1] Hay dos clases principales de cáncer de pulmón: la primera, el cáncer de pulmón de células pequeñas (SCLC), que a menudo se denomina cáncer de células de avena, y la segunda, el cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC), que constituye la mayoría de casos de cáncer de pulmón. [2] Desafortunadamente, la mayoría de las detecciones y diagnósticos del cáncer de pulmón se realizan cuando el cáncer se encuentra en una etapa metastásica avanzada en la que la cirugía no es una opción de tratamiento viable. [3] Por lo tanto, la detección y el diagnóstico en sus primeras etapas pueden mejorar significativamente la tasa de supervivencia a cinco años, así como brindar la posibilidad de una cura.

   Todavía no se ha desarrollado un método de detección del cáncer de pulmón no invasivo y eficaz para distinguir los marcadores biológicos que se encuentran en los grupos de alto riesgo. Últimamente, los investigadores han comenzado a considerar las plantillas de compuestos orgánicos volátiles (COV) como un medio posible para la detección temprana. Estos COV se pueden recuperar y aislar de muestras de aliento exhaladas. Los COV reflejan la actividad metabólica y bioquímica única en las células malignas. Esta asociación ha sido comprobada en varios investigadores así como en nuestro propio grupo [4] que ha demostrado que los COV no solo pueden distinguir entre individuos sanos y afectados, sino que incluso pueden discernir entre SCLC y NSCLC. [5, 6] La investigación actual se centrará en la detección, identificación y caracterización de estos marcadores biológicos únicos que se encuentran en el aliento exhalado de quienes padecen cáncer de pulmón. Entre los COV que se detectan, esta investigación se centrará específicamente en aquellos COV que tienen el potencial de incorporarse a un método de detección no invasivo y eficaz para el cáncer de pulmón.

   La carcinogénesis es un proceso que está ligado a la evolución somática. Una de las ventajas evolutivas más populares que se encuentran en las células metastásicas malignas es el aumento de la captación de glucosa a través del proceso de glucólisis. Este proceso de glucólisis es exclusivo de las células malignas porque es más pronunciado en condiciones anaeróbicas, mientras que las células sanas suelen realizar la glucólisis en condiciones aeróbicas. La glucólisis anaeróbica, el proceso de conversión de glucosa en ácido láctico en presencia de oxígeno, también se conoce como el "Efecto Warburg" en honor a Otto Warburg, quien descubrió esta característica. [7]

   Por lo tanto, algunos de los procesos distintivos que se encuentran en las células malignas son la tasa excedida de intercambio de sustancias y el aumento de la degradación de la glucosa (Efecto Warburg). Estos procesos liberan compuestos orgánicos, algunos de los cuales se liberan en el aliento exhalado. Por lo tanto, esta investigación examinará la relación entre una prueba de glucosa y su efecto sobre el patrón de COV en el aliento exhalado.

2. Objetivos de la investigación:

   La plantilla para partículas orgánicas en el aliento exhalado discrimina entre aquellas personas que padecen cáncer de pulmón activo de aquellas personas que se consideran sanas. El propósito de este estudio es examinar la contribución del proceso de glucólisis a esta plantilla única. Dado que el proceso de glucólisis se acelera en las células malignas, planteamos la hipótesis de que la prueba de provocación con glucosa expresará VOC en aquellos individuos que padecen la enfermedad. Estos hallazgos pueden contribuir al desarrollo de herramientas de diagnóstico para el cáncer de pulmón.

3. Hipótesis:

   Nuestra hipótesis es que el efecto Warburg es un componente esencial en la creación de COV exclusivos del cáncer de pulmón y, por lo tanto, que la prueba de provocación con glucosa aumentará la producción de estos COV. Estos marcadores tienen el potencial de crear un método de detección no invasivo más efectivo con sensibilidad y especificidad mejoradas.

4. Métodos:

4.1 Diseño de la investigación: Esta investigación es un estudio observacional de casos y controles que evalúa la comparación entre las muestras de COV obtenidas de muestras de aliento exhalado y análisis de sangre tomados antes y después de una prueba de provocación con glucosa. La prueba de provocación con glucosa implica beber una solución que contiene 75 gramos de glucosa y un período de espera de 90 minutos entre la recolección del aliento exhalado y las muestras de sangre. Es necesario ayunar durante seis horas antes de esta prueba. Además, se realizará una valoración clínica basada en la anamnesis médica y en la información médica existente y actual.

4.2 Población de estudio: El objetivo de esta investigación es determinar si el proceso de glucólisis contribuye al patrón único de COV en el aliento exhalado de las personas afectadas por cáncer de pulmón. Los participantes serán elegidos entre personas que actualmente están siendo tratadas en clínicas de neumología por diversas razones. El grupo de control incluirá participantes que han sido identificados como personas de alto riesgo de cáncer de pulmón, mientras que el grupo de estudio incluirá participantes que padecen cáncer de pulmón activo pero que aún no han comenzado ningún tipo de tratamiento médico.

El proceso de contratación se realizará en dos etapas consecutivas. En la primera etapa, se compararán veinte pacientes del grupo de estudio con los veinte participantes del grupo de control. En este punto, se realizará una evaluación preliminar de los datos para encontrar diferencias en los COV entre estos dos grupos. Solo en el caso de que se encuentren estas diferencias, la investigación pasará a la segunda etapa, en la que se reclutarán y probarán 30 participantes más para el grupo de estudio.

El grupo de control, como se mencionó anteriormente, incluirá 20 participantes que no tienen cáncer de pulmón, pero son similares al grupo de investigación en términos de edad, sexo, historial médico y antecedentes de tabaquismo. Esta clasificación se realizará a partir de las encuestas de autoinforme cumplimentadas por los participantes.

Los criterios de exclusión para la población de estudio son los siguientes:

1. Pacientes que no están interesados ​​en participar y/o no pueden firmar un formulario de consentimiento
2. Pacientes con cáncer de pulmón que han comenzado el tratamiento antes de esta investigación.
3. Pacientes que no pueden completar esta investigación y/o las visitas de seguimiento
4. Individuos que sufren de diabetes

4.3 Variables de Investigación:

Las principales variables que se utilizarán para probar nuestra hipótesis son las siguientes:

• Variables epidemiológicas de los participantes
• Datos cuantitativos que definen las células malignas ( TMN, el tamaño del tumor, número de metástasis y su ubicación)
• Los niveles de glucosa (a través de una tira reactiva) antes y después de la prueba de glucosa (requiere un ayuno de 6 horas antes de la prueba)
• El patrón de COVs obtenido de las muestras de aliento exhalado y la caracterización de estas moléculas mediante el método GCMS.

4.4 Métodos de investigación:

Anamnesis médica:

Se obtendrá una recopilación de los detalles de la historia clínica del paciente. Se anotará información como sexo, edad, antecedentes médicos, consumo de tabaco y antecedentes familiares. Además, se recopilará y registrará información que cuantifique y califique las células malignas (si las hay). Esto incluye detalles como el tipo de tumor así como su ubicación, volumen, características histológicas y resultados de imagen. Parte de la información médica se obtendrá de registros médicos actualizados preexistentes.

Prueba de aliento exhalado:

Cada participante se someterá a una prueba de aliento exhalado antes y después de la prueba de glucosa con un período de descanso de 90 minutos entre las pruebas.

La explicación detallada sobre el proceso de recolección de las muestras de aliento exhalado:

El paciente exhalará 3 respiraciones (con 750 ml en cada respiración exhalada) en bolsas Mylar apropiadas en un área estéril con tecnología que asegure que la respiración exhalada esté aislada y no se vea afectada por el ambiente externo. El contenido de las bolsas Mylar se almacenará en muestras TENAX que conserva las muestras durante un período de seis meses. Las muestras se someterán a análisis adicionales en el Instituto de Tecnología de Israel (Technion) bajo los auspicios del profesor Haim Hussam. Cada muestra se analizará con el fin de identificar los COV mediante el método GC-MS. La muestra se someterá a un procesamiento adicional como SPME (preconcentración en microextracción en fase sólida). El SPME se transferirá al GC-MS. El método GC-MS permite la identificación de los compuestos en un corto período de tiempo mediante el uso de instrumentos cromatográficos y espectroscópicos. El instrumento espectroscópico se someterá a un análisis adicional a través del instrumento AOS. El AOS incluye detectores que están conjugados con nanopartículas de oro. Cada detector identifica una amplia variedad de COV según su ubicación y concentración que causan diferentes niveles de resistencia. Esta respuesta se registra y se someterá a un análisis estadístico a través de PCA para centrarse en los patrones de VOC específicos encontrados en la muestra.

La explicación detallada del proceso de la prueba de provocación con glucosa es la siguiente:

Se pide al participante que beba una solución azucarada (273 ml) constituida por 75 gramos de glucosa y agua. La prueba requiere que el participante ayune durante un período de 6 horas antes de la prueba. Después de beber la solución, el participante debe esperar un período de descanso de 90 minutos antes de volver a probar su aliento exhalado. Además, el nivel de glucosa se medirá con una tira reactiva antes de beber la solución y después del período de reposo de 90 minutos.

4.5 Análisis estadístico: El tamaño de la muestra es de 70 personas (40 personas en la primera etapa y 30 participantes adicionales en la segunda etapa como se explicó anteriormente).

La expectativa es que habrá una diferencia significativa entre la plantilla VOC antes y después de la prueba de provocación con glucosa. La diferencia de efecto estimada es del orden del 30%, suponiendo que el error de muestreo se sitúa en torno al 10% y con un intervalo de confianza del 95%. El número de participantes necesarios necesarios para lograr resultados con significancia estadística y efecto de tamaño oscila entre aproximadamente 20-25 personas.

La información del AOS que registró los cambios en la resistencia se analizará a través de PCA para centrarse en los cambios de patrón de VOC específicos obtenidos en cada muestra.

El resto de variables que fueron medidas cuantitativamente se presentarán en promedios con sus correspondientes desviaciones estándar. Aquellas variables que se obtuvieron cuantitativamente se presentarán como porcentajes.

El análisis estadístico de significación se realizará mediante las siguientes pruebas estadísticas: prueba T de Student, chi-cuadrado, análisis de varianza (ANOVA) y la prueba de Kruskal-Wallis. Todas las pruebas estadísticas se realizarán en el programa informático SPSS.