Biomarcatori del respiro espirato nel cancro del polmone

Background scientifico:

Il cancro al polmone è il cancro più letale, responsabile del 28% dei decessi per cancro e uccide circa 1,3 milioni di persone in tutto il mondo ogni anno. La diagnosi e il trattamento del cancro del polmone nelle sue fasi iniziali potrebbero aumentare il tasso di sopravvivenza a 5 anni di 3-4 volte con un potenziale di cura4, 7. Pertanto, l'obiettivo principale di questo studio è la diagnosi precoce del cancro del polmone e in particolare concentrarsi su i biomarcatori volatili del cancro del polmone che aiuteranno nella diagnosi facile e poco costosa basata sui nostri risultati precedenti.

I test diagnostici attualmente disponibili per il cancro del polmone non sono adatti per lo screening, sono estremamente costosi e comportano procedure invasive (ad es. broncoscopia), che non sono esenti da complicanze. L'obiettivo dello screening del cancro è quello di rilevare i tumori in una fase precoce per dare al trattamento una migliore possibilità di successo. Recentemente, il più grande studio di screening del cancro del polmone (NLST) ha mostrato un vantaggio in termini di mortalità del 21% per 5 anni di studio a favore del protocollo di screening TC a basso dosaggio rispetto ai raggi X del torace1. Pertanto, è urgente disporre di uno strumento che consenta una migliore definizione della coorte ad alto rischio. Tale strumento potrebbe essere un pannello di biomarcatori.

Concentrandosi sui biomarcatori volatili del cancro del polmone, il nostro gruppo ha recentemente definito una firma di COV volatili in grado di distinguere il respiro dei pazienti con cancro del polmone dal respiro di individui sani e dalle cellule cancerose 2, 9. Questi risultati significativi ci hanno portato alla comprensione che i biomarcatori volatili sarebbero adatti per la diagnosi precoce del cancro del polmone e per la discriminazione tra sottotipi di cancro del polmone. Tale discriminazione avrà implicazioni significative sulle decisioni cliniche e sui benefici per i pazienti.

Analisi del respiro espirato come strumento diagnostico e risultati preliminari:

L'analisi dei composti organici volatili (COV) è un nuovo interessante campo non invasivo nella diagnostica medica. Il principio alla base di questo approccio si basa sul fatto che le cellule tumorali si distinguono dalle cellule normali nel loro tasso di metabolismo, nei percorsi di apoptosi cellulare e nei modelli di espressione proteica e quindi emettono e/o consumano vari COV. Questi COV possono essere rilevati direttamente dallo spazio di testa delle cellule tumorali o tramite il respiro espirato.

Insieme al gruppo del Prof Haick presso il Technion Inst (Israele), i nostri dati mostrano che esiste una relazione tra i modelli VOC di NSCLC e le linee cellulari di controllo e gli stati equivalenti nel respiro espirato. Abbiamo dimostrato che esiste una chiara discriminazione tra il cancro al polmone e i cluster sani. Abbiamo anche analizzato lo spazio di testa delle linee cellulari NSCLC e SCLC e abbiamo potuto discriminare in modo significativo tra SCLC e NSCLC in base ai loro modelli VOC. Questa analisi ci ha permesso di identificare i VOC specifici consumati o omessi dalle cellule cancerose. Questa scoperta ha applicazioni cliniche poiché SCLC si distingue da NSCLC per la sua sensibilità alla chemioterapia e radioterapia e altre caratteristiche. Pertanto, un test non invasivo e altamente sensibile sarebbe estremamente prezioso per la classificazione e lo screening precoce del cancro del polmone e per la terapia mirata.

La raccolta del respiro e il NASO artificiale

In una raccolta tipica, dopo la normale espirazione, il soggetto respirerà attraverso un boccaglio aria filtrata per rimuovere tutti i COV di qualsiasi contaminante ambientale. Gli individui espireranno con una portata costante. L'aria espirata sarà contenuta attraverso il boccaglio dai sacchetti Mayler e/o sarà fatta passare attraverso un contenitore. I campioni di respiro d'aria raccolti saranno analizzati per VOC mediante spettrometria di massa gas-cromatografica (GC-MS), nanosensori altamente sensibili (Nanomaterial-Based Devices, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israele) o come spettrometria di massa online (Ionimed, Austria). Inoltre, i segnali saranno analizzati da un algoritmo di riconoscimento del pattern, come l'analisi delle componenti principali (PCA), le macchine vettoriali supportate (SVM) o l'analisi della rete neuronale che possono quindi essere applicate all'intero set di segnali per acquisire informazioni sull'identità, proprietà e composizione chimica del vapore esposto all'array di sensori 5, 10.

Gli obiettivi della ricerca:

Il nostro obiettivo è isolare e definire una firma volatile, che consenta la discriminazione tra il cancro del polmone da uno stato normale. Ciò fungerà potenzialmente da biomarcatore unico per il cancro ai polmoni.

I nostri Obiettivi sono:

• Per testare la fattibilità per la rilevazione del cancro del polmone in fase iniziale tramite l'analisi del respiro esalato indipendentemente dalla sub-istologia.
• Testare la fattibilità dei biomarcatori del respiro per il monitoraggio della risposta al trattamento del cancro del polmone (chirurgia, chemioterapia o altri trattamenti contro il cancro)
• Per confrontare la sensibilità e la selettività dell'analisi del respiro con i marker tumorali convenzionali e/o la diagnostica (TC, PET, cellule tumorali circolanti, marker del sangue, ecc.)
• Correlazione dell'istologia e/o di altre misure cliniche alla firma del respiro.

Popolazione di studio

Sulla configurazione clinica, campioneremo tre popolazioni:

Gruppo A - pazienti con carcinoma polmonare (NSCLC e SCLC), qualsiasi stadio; questo gruppo sarà diviso in seguito come per:

1. SCLC (prima e dopo la terapia).

2. NSCLC:

   1. Trattata chirurgicamente (prima e dopo la terapia 3 anni di follow-up).
   2. Malattia avanzata (prima e dopo la terapia, 3 anni di follow-up). Gruppo B - pazienti ad alto rischio sottoposti a indagini relative al cancro del polmone o al nodulo polmonare.

Gruppo C - controlli abbinati per età e comorbilità senza prova di cancro/pre-cancro.

Tutte le raccolte seguiranno le linee guida IRB locali. Verranno raccolte informazioni da tutti i soggetti, compresi i dati epidemiologici, le caratteristiche istologiche, l'attività metabolica del tumore (avidità SUV attraverso PET scan). Le informazioni cliniche includeranno lo stato di salute, il sottotipo di cancro del polmone, la sottoclassificazione e la differenziazione della patologia, l'analisi avanzata e la colorazione se disponibile, i risultati di imaging (inclusi TC, PET e la sua avidità SUV), la posizione del cancro, il volume totale del tumore , stadio della malattia, classificazione genetica del tumore e dati epidemiologici, ad es. età, sesso, fumo e storia familiare, storia familiare, malattie respiratorie, esposizione all'amianto ecc.

In caso di cancro, la selezione per la terapia è conforme agli standard di cura e alle cure di routine stabilite fornite dal personale dell'istituto locale. Questo protocollo non ha lo scopo di interferire o dettare questo processo.

Procedura d'esame

La durata totale dello studio per ogni soggetto richiede 10-20 minuti mentre i soggetti rimarranno in follow-up fino a 3 anni.

Lo studio proseguirà per 5 anni.

Pazienti di nuova diagnosi con carcinoma polmonare non a piccole cellule:

Test del respiro:

1. Due test immediatamente prima di qualsiasi terapia (chirurgia/altro; a distanza di una settimana per testare la riproducibilità).
2. Se è stato operato per la cura, allora a 3,6,12,18,24,36 mesi dopo.
3. Se è stato irradiato, quindi a metà e alla fine della radiazione ea 3,6,12,18,24,36 mesi.
4. Se la chemioterapia, quindi ogni 3 mesi, tra i cicli.

Fase di follow-up:

Ogni tre mesi in concomitanza con i pazienti seguono regolarmente i loro medici curanti. Come da standard di cura, a questo punto ogni paziente verrà monitorato con una TAC del torace e dell'addome a intervalli regolari. Questa TC verrà utilizzata per determinare la recidiva della malattia o per documentare la remissione.

Studi correlati

1. Citologia dell'espettorato (l'espettorato indotto verrà raccolto per l'esame citologico).
2. Verranno prelevati campioni di sangue per l'analisi delle cellule tumorali circolanti e altri marcatori sistemici.

Raccolta dei campioni di respiro

In una raccolta tipica, dopo la normale espirazione, il soggetto respirerà attraverso un boccaglio aria filtrata per rimuovere tutti i COV di qualsiasi contaminante ambientale. Gli individui espireranno con una portata costante. L'aria espirata sarà contenuta attraverso il boccaglio dai sacchetti Mayler e/o sarà fatta passare attraverso un contenitore. I campioni di respiro d'aria raccolti saranno analizzati per VOC mediante spettrometria di massa gas-cromatografica (GC-MS), nanosensori altamente sensibili (Nanomaterial-Based Devices, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israele) o come spettrometria di massa online (Ionimed, Austria). Inoltre, i segnali saranno analizzati da un algoritmo di riconoscimento del pattern, come l'analisi delle componenti principali (PCA), le macchine vettoriali supportate (SVM) o l'analisi della rete neuronale che possono quindi essere applicate all'intero set di segnali per acquisire informazioni sull'identità, proprietà e composizione chimica del vapore esposto all'array di sensori 5, 10.