Precisie Lichaamsbeweging voor Gepersonaliseerde Onco-Hematologie. (PEPOH)

Het hoofddoel van het PEPOH-project is het karakteriseren en voorspellen van de klinische respons op krachttraining bij solide en/of hematologische tumoren bij patiënten (onder actieve therapie en/of tijdens het therapieproces) door een uitgebreide en systematische integratie van multi-omics datasets om handtekeningen te bepalen die geassocieerd zijn met behandeltolerantie, ziekteprogressie en algehele overleving.

Uit dit hoofddoel vloeien verschillende specifieke doelstellingen voort:

1. - Het immunomodulerende effect van lichaamsbeweging bepalen door het ontcijferen van differentiële moleculaire profielen in perifeer bloed via next-generation sequencing (RNA, SNP's, CHIP), proteomics en metabolomics, die nieuwe inzichten bieden voor een uitgebreide analyse van het effect van lichaamsbeweging op patiënten.

2. - De impact van een lichaamsbewegingsprogramma bij oncohematologische patiënten evalueren op multidimensionale indicatoren van hun intrinsieke capaciteit gerelateerd aan de algehele levenskwaliteit:

   1. - Functionele fysieke conditie (spierkracht, loopsnelheid, balans en vermoeidheid).
   2. - Psychologisch welzijn en mentale gezondheid.
   3. - Lichaamssamenstelling en antropometrische variabelen.

   4. - Slaapkwaliteit, algehele levenskwaliteit en kanker-gerelateerde levenskwaliteit.

      Al deze doelstellingen beantwoorden aan drie hoofdprioriteiten in de huidige oncologie:

      1. Het begrijpen van de fysiologische en moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de therapeutische effecten van lichaamsbeweging.
      2. Het genereren van robuust bewijs in zeer kwetsbare en ondervertegenwoordigde populaties, zoals hematologische kankerpatiënten.
      3. Het leggen van de basis voor het opnemen van krachttraining als een gestandaardiseerde adjuvante interventie binnen het klinische beheer van kanker.

      De toegevoegde waarde van PEPOH ligt in zijn translationele en multidisciplinaire aanpak, die fundamentele wetenschap combineert met klinische praktijk, moleculaire biologie met inspanningsfysiologie, en multi-omics analyse met uitgebreide patiëntbeoordeling. Door dit kader beoogt het project bij te dragen aan een paradigmaverschuiving in de oncologische zorg door lichaamsbeweging te integreren als een gepersonaliseerd therapeutisch instrument dat in staat is de overleving, het welzijn en de levenskwaliteit van mensen met kanker te verbeteren.

      Rekening houdend met het multidisciplinaire aspect van het PEPOH-project, zal de moleculaire vingerafdruk -verkregen door multi-omics karakterisatie- van oncohematologische patiënten onder krachttraining een troef zijn om de biologische basis van het therapeutisch gebruik te verschaffen, aangezien dit gerelateerd is aan behandeltolerantie en overleving. Daarnaast kunnen deze moleculaire handtekeningen nieuwe biologische inzichten bieden in ontstekingsregulatie, energiemetabolisme, tumorimmuniteit, spierplasticiteit, veroudering en kwetsbaarheid. Al deze bevindingen stellen de onderzoekers in staat om mechanismen te ontcijferen die de functionele en emotionele verbetering verklaren die na lichaamsbeweging wordt waargenomen.

      Bovendien zal de diepe multi-omics karakterisatie van een goed gekarakteriseerde en gedefinieerde patiëntencohort nieuwe datasets opleveren, die zeer nuttig kunnen zijn voor verdere biomedische studies en een referentie voor de wetenschappelijke gemeenschap.

      Vanuit een klinisch perspectief zal de systematische en nauwkeurige integratie van moleculaire en klinische datasets de ontwikkeling mogelijk maken van voorspellende responsmodellen die helpen de effectiviteit van lichaamsbewegingsinterventies per patiënt en tumor te evalueren, genaamd precisielichaamsbeweging.

      Samenvattend zal het PEPOH-project translationeel bewijs leveren om de opname van lichaamsbeweging als een gepersonaliseerde en kosteneffectieve adjuvante interventie binnen de uitgebreide aanpak van patiënten met kanker te ondersteunen, bijdragend aan de ontwikkeling van precisie-oncologie.

      Studieontwerp PEPOH is een gerandomiseerde, gecontroleerde klinische studie. De studie zal worden uitgevoerd in het Universitair Ziekenhuis van Salamanca, met de technische en wetenschappelijke ondersteuning van FIBSAL.

      Populatie

      De proef omvat vijf patiëntencohorten die overeenkomen met de volgende diagnoses: longkanker, colorectale kanker, borstkanker, chronische lymfatische leukemie en multipel myeloom. Elk cohort zal bestaan uit 50 patiënten, resulterend in een totaalmonster van 250 patiënten. Na een baselinebeoordeling zullen patiënten willekeurig worden toegewezen (1:1) aan een van de twee studie groepen:

      Supervisie interventiegroep: een krachttrainingsprogramma uitgevoerd twee keer per week gedurende 12 weken onder professionele begeleiding, aangevuld met een thuisoefenprogramma.

      Controlegroep: een thuisoefenprogramma volgens dezelfde aanbevelingen en richtlijnen als de supervisiegroep maar zonder begeleide persoonlijke sessies.

      Beoordelingen zullen worden uitgevoerd op baseline en na de 12-weekse interventie, met een aanvullende follow-up op 6 maanden om de persistentie van klinische en moleculaire effecten op middellange termijn te analyseren.

      Inclusiecriteria:

      • Volwassen patiënten (≥18 jaar), in staat om de geïnformeerde toestemming te ondertekenen en bereid om deel te nemen aan de studie.
      • Performance status (ECOG) 0-2.

      Specifieke inclusiecriteria zijn gedefinieerd voor elk cohort betrokken bij de studie als volgt:

      Longkanker: Patiënten gediagnosticeerd met niet-kleincellig longcarcinoom in metastatisch stadium, in aanmerking komend voor gecombineerde immunotherapie en chemotherapie, met actieve behandeling.

      Colorectale kanker: Patiënten met stadium II, III of IV gereseceerde colorectale kanker die adjuvante chemotherapie ondergaan.

      Borstkanker: Vrouwelijke patiënten met histologisch bevestigde hormoonreceptor-positieve/HER2-negatieve borstkanker, die actieve hormonale therapie ontvangen (tamoxifen, aromataseremmer of fulvestrant) in adjuvante of stabiele metastatische fase.

      Chronische lymfatische leukemie (CLL): Patiënten gediagnosticeerd met CLL die geen farmacologische behandeling hebben ontvangen en niet nodig hebben.

      Multipel myeloom (MM): Patiënten met een bevestigde nieuwe diagnose van MM onder actieve eerstelijnsbehandeling en geen kandidaten voor autologe transplantatie.

      Exclusiecriteria:

      Aanwezigheid van onstabiele botmetastasen of uitgebreide botbetrokkenheid geassocieerd met een hoog fractuurrisico.

      Ongereguleerde cardiovasculaire, respiratoire, musculoskeletale of metabole ziekten die lichaamsbeweging contra-indiceren naar het oordeel van de onderzoeker.

      Expliciete medische contra-indicatie voor oefentraining. Gedocumenteerde slechte therapietrouw (<80%). Behandelingsstopzetting, ziekteprogressie, intolerantie, of enige andere medische, persoonlijke of logistieke omstandigheid die, naar mening van de onderzoekers, de veiligheid van de deelnemer of de integriteit van de studie in gevaar kan brengen.

      Steekproefomvang Een tweefactor ANOVA-ontwerp met een tussen-individuele factor (controle- en interventiegroepen) en een binnen-individuele factor (pre-post en zesmaands follow-up) werd gekozen om de steekproefomvang van de studie te evalueren. De vereiste totale steekproefomvang zou 42 zijn, rekening houdend met een effectgrootte van f=0.20, een significantieniveau van 5%, een power van 80% en een correlatie tussen herhaalde metingen van 0.5. Er wordt geschat dat er een verlies van 20% aan follow-up kan zijn tussen de twee experimentele groepen, en daarom is de totale steekproefomvang 50 individuen per cohort.

      Methodologie Biologische monsters van studie Perifere bloedmonsters (één 10 mL EDTA-buis) zullen worden verzameld op drie tijdspunten: 1) voor aanvang van het programma; 2) na 12 weken interventie; 3) 6-maands follow-up. Geïsoleerde perifere bloed mononucleaire cellen (PBMC's), serum en plasma, die op gepaste wijze worden bewaard in de IBSAL-biobank onder gestandaardiseerde omstandigheden.

      Proteomics Karakterisatie Kwantitatieve proteomics analyse van plasma door PreOmics® ENRICHplus technologie, gevolgd door vloeistofchromatografie gekoppeld aan ionmobiliteitsspectrometrie (LC-IMS/MS), wat reproduceerbare en zeer gevoelige analyse mogelijk maakt vanaf een minimaal plasmavolume (50µL). Kwantitatieve proteomics analyse van de geëludeerde peptiden zal worden uitgevoerd op een LC Evosep One systeem (Evosep Biosystems, Denemarken), gekoppeld aan een MS timsTOF Pro 2 (Bruker Corporation, USA), met behulp van een scheidingsmethode van 60 monsters/dag. Een DIA-PASEF benadering zal worden toegepast met een massa/lading bereik van 100 tot 1700 en een ionmobiliteitsbereik van 0.85-1.30 1/K0, met een cyclus tijd van 100ms.

      Immunofenotypering Voor immuunpopulatie analyses (doelstelling 1), zullen onderzoekers een panel gebruiken inclusief antilichamen tegen CD45, CD3, CD4, CD8, CD5, CD7, TCR, CD27, CD45RA, CD127, CD25RA, CD56, HLA-DR, CD11c, CD123, CD33, CD14 en CD16 met een minimale acquisitie van 500.000 events. Dit panel zal de identificatie van verschillende subpopulaties van T-lymfocyten, NK-cellen, dendritische cellen en monocyten mogelijk maken. Voor B-celanalyse zullen we de LST-screeningstrategie gebruiken zoals beschreven door EuroFlow. Alle analyses zullen worden uitgevoerd met een 8-kleuren FACScanto cytometer en Infinicyt software. Alle monsters zullen worden verwerkt bij de Algemene Flow Cytometrie Dienst van de Universiteit van Salamanca (www.nucleus.usal.es) en bij de Hematologie Afdeling.

      Metabolomics Profiling Plasma-eiwitten zullen worden geprecipiteerd met methanol, en glycerofosfolipiden geëxtraheerd door SPE. Na filtratie zal elke oplossing worden aangepast tot 600 µL met D₂O en overgebracht naar 5 mm NMR-buizen. NMR-analyses zullen worden uitgevoerd bij 298 K op een Bruker Avance Neo 400 MHz spectrometer met een cryoprobe. Parameters zullen worden geoptimaliseerd voor metabolietkwantificatie met behulp van Chenomx NMR Suite 10 (Chenomx, Edmonton, Canada). Metabolietidentificatie en -kwantificatie zullen worden uitgevoerd met deze software, die betrouwbare deconvolutie en concentratiebepaling in complexe spectra mogelijk maakt. Protonpiektoewijzingen zullen verder worden gevalideerd door chemische verschuivingen te vergelijken met de Human Metabolome Database (http://www.hmdb.ca).

      Transcriptomische en Genomische Analyse cfRNA en DNA Extractie Plasma cfRNA-extractie zal worden uitgevoerd met de miRNeasy Serum/Plasma Advanced Kit (Qiagen), geoptimaliseerd voor lage opbrengst en korte RNA-fragmenten. RNA-concentratie en zuiverheid zullen fluorometrisch worden bepaald met behulp van de Qubit RNA HS Assay (Invitrogen). Plasma ctDNA zal worden geëxtraheerd met de QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit (Qiagen, Hilden, Duitsland). Genomisch DNA (gDNA) zal worden geïsoleerd uit perifeer bloed met de QIAamp DNA Blood Midi Kit (Qiagen, Duitsland) volgens standaardprotocollen.

      Bibliotheekvoorbereiding en Sequencing cfRNA-bibliotheken zullen worden gegenereerd met de Qiagen QIAseq cfRNA All-in-One Kit, geoptimaliseerd voor lage RNA-input en korte fragmenten. Sequencing zal worden uitgevoerd op een NovaSeq X sequencer (Illumina, San Diego, CA, USA), producerend 150bp paired-end reads (2×150bp) met een gemiddelde diepte groter dan 50 miljoen reads om de detectie van laag-abundantie transcripten te maximaliseren.

      ctDNA en gDNA bibliotheekvoorbereiding en sequencing zullen worden uitgevoerd met behulp van het SureSelect V6 capture kit (Agilent, Santa Clara, CA, USA) en Illumina technologie (NovaSeq 6000, 150PE 2×150bp), bereikend een gemiddelde sequencingdiepte van 18Gb/monster.

      Bioinformatica Analyse De kwaliteit van FASTQ-bestanden verkregen uit sequencing zal worden beoordeeld met FastQC (Quality Control Tool for High Throughput Sequence Data). Ruwe reads zullen kwaliteitscontrole ondergaan met FastQC en MultiQC, gevolgd door adapter trimming en verwijdering van lage-kwaliteit reads met Trimmomatic. Aligning naar het menselijk referentiegenoom (GRCh38) zal worden uitgevoerd met STAR (v2.7), en genovervloed gekwantificeerd met featureCounts (Subread-pakket). Normalisatie en differentiële expressieanalyse zullen worden uitgevoerd met DESeq2 (Bioconductor), met aangepaste p-waarden <0.05 als significantiedrempel. Functionele en pathway-verrijkingsanalyses zullen worden uitgevoerd met clusterProfiler, GOplot en GSEA. Differentieel tot expressie gebrachte genen zullen worden gevalideerd door reverse transcriptie en kwantitatieve real-time PCR.

      Genomische Analyse Paired-end reads zullen worden gealigneerd naar het menselijk genoom (GRCh37) met BWA-MEM (v0.7.17). De resulterende SAM-bestanden zullen worden verwerkt om de efficiëntie van downstream analyses te verbeteren, inclusief duplicaatverwijdering met MarkDuplicatesSpark (GATK). Basis kwaliteitsscore recalibratie zal worden uitgevoerd met BaseRecalibrator en ApplyBQSR (GATK). Somatische variantcalling zal worden uitgevoerd met Mutect2 (GATK, gepaarde modus), gevolgd door filtering met FilterMutectCalls. Germline varianten (SNV's en INDEL's) zullen worden geïdentificeerd met HaplotypeCaller en gefilterd met harde filters. Geselecteerde varianten zullen worden geannoteerd met Funcotator, en variantpathogeniciteit beoordeeld met Varank (v1.4.3). De frequentie en distributie van gedetecteerde SNV's en INDEL's zullen worden vergeleken met gezonde donordatabases (NHLBI-ESP en gnomAD) met ANNOVAR.

      Multi-Omics Integratie Omics-data zullen worden geïntegreerd met pipelines ontwikkeld door de Bioinformatica Eenheid van IBSAL. Machine learning tools (Random Forest, SVM) en netwerkanalyse (Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA) zullen worden toegepast om gemeenschappelijke en tumor-type-specifieke moleculaire patronen te identificeren. Multi-Omics-Factor Analysis (MOFA). De integratie van multi-omics en klinische data zal de ontwikkeling mogelijk maken van voorspellende modellen van respons op lichaamsbeweging.

      Klinische, Functionele en Psychologische Beoordelingen Alle klinische en functionele uitkomsten zullen worden verzameld op drie tijdspunten: 1) voor aanvang van het programma, 2) na 12 weken interventie, 3) 6-maands follow-up.

      In alle gevallen zullen alle individuen worden geëvalueerd: Spierkracht (Dynamometrie), lichaamssamenstelling (Tanita BC-418), functionele status (Short Physical Performance Battery), levenskwaliteit (EORTC QLQ-C30), Psychologisch welzijn (Hospital anxiety and depression scale), slaapkwaliteit (Athens Insomnia scale), fysieke activiteitenniveau (International Physical Activity Questionnaire).

      Interventie De interventie van beide groepen (krachttrainingsprogramma en een thuisoefenprogramma) is gedetailleerd beschreven in de gepubliceerde studieprotocollen.