COLONYVAQ™, en kvanteklassisk styrt personlig neoantigenvaksine for MSS-stadium III kolorektalkreft (COLONYVAQ™-CRC)

Tykktarmskreft er en ledende årsak til kreftrelatert dødelighet. Ved stadium III-sykdom er tilbakefall hyppige til tross for kurativ kirurgi og adjuvant kjemoterapi basert på oksaliplatin. Immunsjekkpunkthemmere har forandret utfallet ved mismatch-reparasjonssvikt / mikrosatellitt-instabilitet-høy tykktarmskreft, men mikrosatellitt-stabile / pMMR-tumorer viser vanligvis lavere tumor mutasjonsbyrde og et dårlig betent, immunosuppressivt mikromiljø. Som et resultat gir konvensjonell PD-1-blokkering alene minimal nytte ved MSS/pMMR-sykdom. Tidligere vaksinetilnærminger ved tykktarmskreft fokuserte på tumorassosierte antigener som CEA, MUC1, survivin, MAGE og multi-TAA-peptidcocktails. Disse studiene viste at peptid- og dendrittcellebaserte vaksiner kan indusere antigenspesifikke T-celle- og B-celle-responser, men objektive responser var sjeldne, klinisk nytte var beskjeden, og bivirkninger utenfor tumoren var et bekymringsmoment fordi TAAs ofte uttrykkes i normale vev. Tumorspesifikke neo-antigener, generert av ikke-synonyme somatiske mutasjoner, er derimot begrenset til maligne celler, unngår sentral toleranse, kan fremkalle T-celle-responser med høyere aviditet, og minimerer toksisitet utenfor tumoren. Tidlige tykktarmskreft- og pan-kreft-neoantigenforsøk, samt delte-neoantigenprogrammer som SLATE-KRAS og fullt personliggjorte viral-RNA-plattformer som GRANITE, har vist at multi-neoantigenvaksinering er gjennomførbar, trygg og immunogen, spesielt i lav-byrde- eller vedlikeholdsscenarier og når kombinert med sjekkpunktblokkering. Det adjuvante neoantigen-dendrittcellevaksine pluss nivolumab-forsøket i resekert hepatocellulært karcinom og kolorektale levermetastaser støtter videre ideen om at personliggjort neoantigenvaksinering i minimal residual sykdom (MRD)-scenarioet kan forsterke neoantigenspesifikke T-celle-responser og potensielt forbedre tilbakefallsfri overlevelse. Oksaliplatinbaserte regimer (mFOLFOX6 eller CAPOX) kan indusere immunogen celdedød, som eksponerer kalretikulin og andre faresignaler som forbedrer dendrittcelleopptak og krysspresentasjon av tumorantigener. Nivolumab, ved å blokkere PD-1, løfter hemming av aktiverte T-celler. Kombinasjonen av en personliggjort multi-neoantigen-peptidvaksine med immunogen kjemoterapi og PD-1-blokkering forventes derfor å øke antigenfrigjøring, forbedre antigenpresentasjon og forsterke effektorfunksjon, og potensielt konvertere immunologisk "kalde" MSS-tumorer til mer betente, "varme" lesjoner som er mottakelige for varig immunovervåking i det adjuvante scenarioet.

COLONYVAQ-CRC: Kvanteklassisk, fysikkbevisst neoantigenprioritering De fleste eksisterende neoantigenpipeliner behandler epitoprangering som hovedsakelig statistisk. COLONYVAQ-CRC introduserer et fysikkbevisst, kvanteklassisk AI-lag, tilpasset fra Tamavaq, for å generere en kontrollerbar, mekanistisk kjede fra sekvensering til klinisk peptidseleksjon. For hvert kandidat peptid-HLA-par p konstruerer systemet en enhetlig funksjonsrepresentasjon Φ(p), som sammenkobler sekvensbaserte, biologiske, kvante-, strukturelle og energibaserte bevis: Φ(p)=[e_"CNN" (p),"" aux(p),"" z_Q (p),"" φ_"struct" (p),""φ_"dock" (p)]. Begrepet e_"CNN" (p) betegner en dyp sekvens-/HLA-innbaking avledet fra konvolusjonelle eller transformatormodeller trent på store immunopeptidomdatasett. Hjelpeblokken aux(p) kompilerer antigenprosesserings- og ekspresjonspriorer som proteasomal spaltingstilbøyelighet, TAP-transporttilbøyelighet, transkriptoverflod, klonalitet og, når tilgjengelig, ctDNA/MRD-informasjon for å tilnærme den effektive antigenkildekraften. Kvantebeskriveren z_Q (p) er en lavdimensjonal klassisk vektor som parameteriserer en kvantekretsinnbaking. Det strukturelle begrepet φ_"struct" (p) oppsummerer lommeokkupasjon og rest-restkontakter i modellerte peptid-HLA-komplekser. Til slutt, φ_"dock" (p) aggregerer dokkingensemblestatistikk inkludert poseenergier, spredning og konformasjonsmangfold.

Likhet mellom to kandidater p og q fanges av en sammensatt positiv semidefinit kjerne K_"total" (p,q)=αK_"CNN" (p,q)+βK_"aux" (p,q)+γK_Q (p,q)+δK_"struct" (p,q)+εK_"dock" (p,q), hvor de ikke-negative vektene α,β,γ,δ,ε justerer den relative bidraget fra hver modalitet. Fordi hver komponentkjerne er konstruert til å være positiv semidefinit, forblir deres ikke-negative lineære kombinasjon positiv semidefinit, noe som sikrer at K_"total" kan brukes konsekvent i kjerne logistisk regresjon eller relaterte metoder. En beslutningsfunksjon kan skrives som f(p)=∑_(i=1)^M▒α_i K_"total" (p,p_i)+b, hvor {p_i } er treningspeptider og α_i,b er lærte koeffisienter. Immunogenisitetssannsynligheten modelleres da som Î(p)=σ(f(p)), hvor σ(z)=1/(1+e^(-z)) er den logistiske funksjonen. På kvantesiden er hvert peptid x kodet som en normalisert tilstand |ψ(x)⟩ i et Hilbertrom H med dimensjon 2^n, konstruert via en funksjonskartlegging U(z_Q (x),θ) som virker på en referansetilstand |0⟩^(⊗n): |ψ(x)⟩=U(z_Q (x),θ)" "|0⟩^(⊗n). Overlappet mellom to peptidtilstander er ⟨ψ(x)|ψ(y)⟩. Kvantegeometrisk likhet kvantifiseres av Fubini-Study-avstanden d_"FS" (x,y)=arccos(|⟨ψ(x)|ψ(y)⟩|), som ligger i [0°,π/2], hvor d_"FS" =0 tilsvarer identiske stråler og d_"FS" =π/2 til ortogonale tilstander. Fra denne avstanden defineres en kvantelikhetskjerne som K_q (x,y)=〖|⟨ψ(x)|ψ(y)⟩|〗^2=〖cos〗^2 (d_"FS" (x,y)). Denne kjernen kan tolkes som sannsynligheten for at tilstanden |ψ(x)⟩ projiseres på |ψ(y)⟩. Når peptider med lav sekvensidentitet deler høyereordens fysikalsk-kjemisk struktur, kan de kartlegges til nærliggende punkter på dette komplekse projektive mangfoldet, og genererer store K_q-verdier selv når klassisk sekvenslikhet er lav. Den interne strukturen og sammenfiltringen av |ψ(x)⟩ overvåkes ved å danne reduserte densitetsmatriser på undersystemer. For en bipartisjon i undersystemer A og B er den reduserte tilstanden ρ_A (x)=Tr_B (|ψ(x)⟩⟨ψ(x)|). Von Neumann-entropien S_A (x)=-Tr[ρ_A (x)logρ_A (x)] kvantifiserer sammenfiltring mellom A og B. Et regulariseringsterm oppmuntrer til entropi innenfor et målintervall, unngår trivielle produktstater (for lite sammenfiltring) og overdrevent sammenfiltrede tilstander som kan være numerisk ustabile og vanskelige å tilnærme på støyende mellomstorskala kvante (NISQ) maskinvare.

Følsomheten til kvanteinnbakingen for parameterendringer karakteriseres av kvante Fisher informasjonsmatrisen F(θ) med elementer F_ij (θ)=R[⟨∂_i ψ|∂_j ψ⟩-⟨∂_i ψ|ψ⟩⟨ψ|∂_j ψ⟩], hvor |∂_i ψ⟩=∂|ψ(θ)⟩/∂θ_i. Dårlig kondisjonerte Fisher-matriser, med svært små egenverdier, kan føre til store varianser i parameterestimater og ustabile kjerneverdier. COLONYVAQ introduserer derfor en straff proporsjonal med tr(F(θ)^(-1)), som divergerer når egenverdier nærmer seg null; minimering av dette leddet skyver optimalisering mot parameterregioner hvor alle retninger i parameterrommet er godt informert av dataene. Energetikk behandles på en termodynamisk kalibrert måte. For hver peptid-HLA-dokkingpose i med standard fri energi ΔG_i^⊖, er mikrotilstandsassosiasjons- og dissosiasjonskonstantene K_(a,i)=exp(⊖ (ΔG_i^⊖)/RT),K_(d,i)=exp((ΔG_i^⊖)/RT), med R=1.987×10^(-3) " " kcal·mol^(-1)·K^(-1) og T=310"" K, slik at RT≈0.616" " kcal·mol^(-1). Dokkingensemblet oppsummeres som en Boltzmann-vektet effektiv assosiasjonskonstant K_a^"eff" =∑_i▒w_i exp(⊖-(ΔG_i^⊖)/RT),∑_i▒w_i =1, noe som gir en effektiv fri energi ΔG_"eff" ^⊖=-RTlnK_a^"eff" og tilsvarende dissosiasjonskonstant K_d^"eff" =1/K_a^"eff". Disse verdiene rapporteres i enheter kjent for eksperimentatorer (kcal·mol⁻¹ for ΔG_"eff" ^⊖, nM for K_d^"eff"). Hvis spredningen av fri energier i ensemblet er σ_ΔG, kan den tilknyttede usikkerheten i K_d uttrykkes multiplikativt som exp(±σ_ΔG/(RT)). For eksempel, ved T=310"" K, endrer en endring på 1.2"" kcal·mol^(-1) i ΔG^⊖ K_d med en faktor på omtrent exp(1.2/0.616)≈6.3. Et dokkingtapsterm L_"dock" =λ_1 Ē+λ_2 σ_E, hvor Ē og σ_E er gjennomsnittet og standardavviket av dokkingenergier, biaser modellen mot lavenergi-, lavvariansensembler som empirisk er assosiert med robust peptid-MHC-visning. På toppen av Φ(p) og kjernen K_"total" , trener COLONYVAQ en kalibrert logistisk hode Î(p)=σ(w^⊤ Φ(p)+b), som tolkes som sannsynligheten for at peptid p gjenkjennes av T-celler, optimalisert for både diskriminering (for eksempel AUC) og kalibrering (for eksempel Brier score, forventet kalibreringsfeil). Parallelt, en lineær termodynamisk hode predikerer (ΔG) ̂^⊖ (p)=η^⊤ Φ(p)+η_0, hvorfra en predikert dissosiasjonskonstant K ̂_d (p)=exp((ΔG) ̂^⊖ (p)/(RT)) er avledet. Det totale tapet kobler prediksjon, struktur, dokking og kvante Fisher regularisering til et enkelt mål L=L_"pred" +L_"struct" +L_"dock" +L_"QFIM", med L_"QFIM" proporsjonal med tr(F(θ)^(-1)).

Kandidatpeptider sendes gjennom en tre-port "fysikk + geometri + immunologi" orakel. Først, en kvantegeometrisk port krever at Fubini-Study-avstanden mellom |ψ(x)⟩ og et centroid |ψ(P)⟩ av empirisk validerte immunogene peptider tilfredsstiller d_"FS" (ψ(x),ψ(P))≤d^"\*" . For det andre, en termodynamisk port krever at den effektive fri energien og dissosiasjonskonstanten oppfyller minimumsbindingsstyrkekriterier, ΔG_"eff" ^⊖ (x)≤ΔG^"\*" eller tilsvarende K_d^"eff" (x)≤K_d^"\*" . For det tredje, en immunogenitetsport krever at den kalibrerte sannsynligheten overstiger en terskel, Î(x)≥I^"\*" . La det totale antallet kandidater være N, med M peptider som passerer alle tre filtrene. I abstrakte kvantebegreper er en uniform superposisjon over alle kandidater |Ψ_0⟩=1/√N ∑_(j=1)^N▒〖|j⟩〗, som kan dekomponeres i "merkede" og "umerkede" underrom som |Ψ_0⟩=sinθ" "|Ψ_"good" ⟩+cosθ" "|Ψ_"bad" ⟩, hvor 〖sin〗^2 θ=M/N. En Grover-lignende amplitudeforsterkningsoperator G defineres som produktet av et orakel O som flipper fasen til merkede tilstander og en diffusionsoperator D som reflekterer om |Ψ_0⟩. Etter r iterasjoner blir tilstanden |Ψ_r⟩=G^r|Ψ_0⟩=sin((2r+1)θ)|Ψ_"good" ⟩+cos((2r+1)θ)|Ψ_"bad" ⟩, og sannsynligheten for å måle et merket indeks er P_r=〖sin〗^2 ((2r+1)θ).

Når θ er liten (få gode kandidater), er det optimale antallet iterasjoner som maksimerer P_r omtrent r_"opt" ≈π/4 √(N/M), men i NISQ-regimet og i nærvær av usikkerhet i M, bruker COLONYVAQ et lite antall iterasjoner (typisk en til tre) for å pålitelig forsterke vekten av merkede peptider uten overrotasjon. I praksis simuleres eller tilnærmes dette Grover-trinnet på en måte som er kompatibel med tilgjengelig maskinvare og tjener til å fokusere GMP-peptidsyntese på et kompakt, høy-tillitssubsett.

Innenfor settet av merkede peptider brytes gjenværende bånd ved hjelp av en sammensatt score S(x)=αK_q (x,P)+β" " σ" " ((Î(x)-I^"\*" )/τ_I )+γ" " σ" " ((K_d^"\*" -K_d^"eff" (x))/τ_K ), hvor K_q (x,P)=〖|⟨ψ(x)|ψ(P)⟩|〗^2, τ_I og τ_K setter brattheten av overganger, og σ er den logistiske funksjonen. Dette uttrykket gjør eksplisitt hvordan likhet med kjente positive kontroller, modellert immunpotens, og predikert bindingsstyrke felles bestemmer den endelige rangeringen som brukes til å definere COLONYVAQ-CRC-peptidlasten for hver pasient.

Rasjonale for kombinasjon med mFOLFOX6 eller CAPOX og Nivolumab

Oksaliplatin og fluoropyrimidiner er standardkomponenter av adjuvant terapi i stadium III tykktarmskreft og kan indusere immunogen celdedød, øke frigjøringen av tumorantigener og faresignaler, som igjen forbedrer dendrittcelleaktivering og antigenkrysspresentasjon. Nivolumab 3 mg/kg hver 2. uke blokkerer PD-1, forhindrer utmattelse og funksjonell undertrykkelse av vaksineinduserte og kjemoterapifrigjorte tumorspesifikke T-celler. Den kvanteklassiske COLONYVAQ-CRC-motoren er ment å maksimere kvaliteten på neoantigenmål; immunogen kjemoterapi øker antigen tilgjengelighet; og PD-1-blokkering opprettholder T-celle effektorfunksjon. Den tidlige fase I-forsøket vil teste sikkerheten og gjennomførbarheten av denne tre-komponentstrategien i det adjuvante MRD-scenarioet og generere foreløpige immune og molekylære responsdata.