Biomarkery wydychanego powietrza w raku płuca

Podstawa naukowa:

Rak płuc jest najbardziej śmiercionośnym rakiem, odpowiedzialnym za 28% zgonów z powodu raka i zabijającym około 1,3 miliona ludzi na całym świecie każdego roku. Rozpoznanie i leczenie raka płuca we wczesnych stadiach może zwiększyć 5-letnie przeżycie 3-4-krotnie z możliwością wyleczenia4,7. Dlatego głównym celem tego badania jest wczesne wykrycie raka płuca, a w szczególności skupienie się na lotnych biomarkerów raka płuc, które pomogą w łatwej i niedrogiej diagnozie w oparciu o nasze wcześniejsze ustalenia.

Obecnie dostępne testy diagnostyczne raka płuca nie nadają się do badań przesiewowych, są niezwykle kosztowne i obejmują procedury inwazyjne (np. bronchoskopii), które nie są wolne od powikłań. Celem badań przesiewowych w kierunku raka jest wykrycie guza na wczesnym etapie, aby leczenie miało większe szanse powodzenia. Niedawno największe badanie przesiewowe w kierunku raka płuc (NLST) wykazało 21% korzyści w zakresie śmiertelności na 5 lat badania na korzyść protokołu przesiewowego CT z niską dawką w porównaniu z prześwietleniami klatki piersiowej1. W związku z tym istnieje pilna potrzeba narzędzia umożliwiającego lepsze zdefiniowanie kohorty wysokiego ryzyka. Takim narzędziem może być panel biomarkerów.

Skupiając się na lotnych biomarkerach raka płuc, nasza grupa niedawno zdefiniowała sygnaturę lotnych LZO, która może odróżnić oddech pacjentów z rakiem płuc od oddechu osób zdrowych i komórek nowotworowych 2, 9. Te znaczące odkrycia doprowadziły nas do zrozumienia, że ​​lotne biomarkery nadawałyby się do wczesnego wykrywania raka płuc i do rozróżniania podtypów raka płuc. Taka dyskryminacja będzie miała znaczący wpływ na decyzje kliniczne i korzyści dla pacjentów.

Analiza wydychanego powietrza jako narzędzie diagnostyczne i wstępne wyniki:

Analiza lotnych związków organicznych (LZO) to nowa atrakcyjna nieinwazyjna dziedzina diagnostyki medycznej. Zasada tego podejścia opiera się na fakcie, że komórki nowotworowe różnią się od normalnych komórek tempem metabolizmu, szlakami apoptozy komórek i wzorami ekspresji białek, a zatem emitują i/lub zużywają różne VOC. Te LZO można wykryć bezpośrednio z przestrzeni nad komórkami nowotworowymi lub za pomocą wydychanego powietrza.

Wraz z grupą prof. Haicka z Technion Inst (Izrael) nasze dane pokazują, że istnieje związek między wzorami LZO w NSCLC i kontrolnych liniach komórkowych a równoważnymi stanami w wydychanym powietrzu. Wykazaliśmy, że istnieje wyraźna różnica między rakiem płuc a zdrowymi klastrami. Przeanalizowaliśmy również przestrzeń nad roztworem linii komórkowych NSCLC i SCLC i mogliśmy znacząco rozróżnić SCLC od NSCLC na podstawie ich wzorców LZO. Ta analiza pozwoliła nam zidentyfikować konkretne VOC zużywane lub pomijane przez komórki nowotworowe. To odkrycie ma zastosowanie kliniczne, ponieważ SCLC różni się od NSCLC swoją wrażliwością na chemioterapię i radioterapię oraz innymi cechami. Dlatego nieinwazyjny i bardzo czuły test byłby niezwykle cenny w klasyfikacji i wczesnym skriningu raka płuca oraz w terapii celowanej.

Kolekcja Oddechu i Sztuczny NOS

W typowym pobraniu, po normalnym wydechu, pacjent będzie wdychał przez ustnik przefiltrowane powietrze, aby usunąć wszystkie LZO z wszelkich zanieczyszczeń z otoczenia. Osoby będą wydychać ze stałą szybkością przepływu. Wydychane powietrze będzie zatrzymywane przez ustnik przez worki Maylera i/lub będzie przepuszczane przez pojemnik. Pobrane próbki powietrza z oddechu zostaną przeanalizowane na obecność lotnych związków organicznych za pomocą spektrometrii masowej z chromatografią gazową (GC-MS), bardzo czułych nanoczujników (Nanomaterial-Based Devices, Technion – Izraelski Instytut Technologii, Hajfa, Izrael) lub jako spektrometria mas online (Ionimed, Austria). Ponadto sygnały będą analizowane przez algorytmy rozpoznawania wzorców, takie jak analiza głównych składowych (PCA), obsługiwane maszyny wektorowe (SVM) lub analiza sieci neuronowej, które można następnie zastosować do całego zestawu sygnałów w celu uzyskania informacji o tożsamości, właściwości i skład chemiczny pary poddanej działaniu układu czujników 5, 10.

Cele badań:

Naszym celem jest wyizolowanie i zdefiniowanie sygnatury ulotnej, która pozwala na odróżnienie raka płuc od stanu normalnego. Może to służyć jako unikalny biomarker raka płuc.

Naszymi celami są:

• Zbadanie wykonalności wykrywania wczesnego stadium raka płuc poprzez analizę wydychanego powietrza niezależnie od histologii.
• Aby przetestować wykonalność biomarkerów oddechu do monitorowania odpowiedzi na leczenie raka płuc (operacja, chemioterapia lub inne metody leczenia raka)
• Aby porównać czułość i selektywność analizy oddechu z konwencjonalnymi markerami raka i/lub diagnostyką (CT, PET, krążące komórki nowotworowe, markery krwi itp.)
• Korelacja histologii i/lub innych pomiarów klinicznych z sygnaturą oddechu.

Badana populacja

W konfiguracji klinicznej pobierzemy próbki z trzech populacji:

Grupa A - pacjenci z rakiem płuca (NDRP i SCLC), w każdym stopniu zaawansowania; ta grupa zostanie później podzielona na:

1. SCLC (przed i po terapii).

2. NSCLC:

   1. Leczona chirurgicznie (Przed i po terapii 3 lata obserwacji).
   2. Zaawansowana choroba (przed i po terapii, 3 lata obserwacji). Grupa B - pacjenci wysokiego ryzyka, którzy są w trakcie badań związanych z rakiem płuca lub guzkiem płucnym.

Grupa C – kontrole dopasowane pod względem wieku i współzachorowalności bez dowodu na raka/stan przednowotworowy.

Wszystkie kolekcje będą zgodne z lokalnymi wytycznymi IRB. Zostaną zebrane informacje od wszystkich pacjentów, w tym dane epidemiologiczne, charakterystyka histologiczna, aktywność metaboliczna guza (awidność SUV-ów w badaniu PET). Informacje kliniczne będą obejmować stan zdrowia, podtyp raka płuca, podklasyfikację i różnicowanie patologii, zaawansowaną analizę i barwienie, jeśli są dostępne, wyniki obrazowania (w tym tomografię komputerową, skan PET i jego zachłanność SUV), lokalizację raka, całkowitą objętość guza , stopień zaawansowania choroby, klasyfikację genetyczną nowotworu oraz dane epidemiologiczne, m.in. wiek, płeć, palenie tytoniu i wywiad rodzinny, wywiad rodzinny, choroby układu oddechowego, narażenie na azbest itp.

W przypadku raka wybór terapii odbywa się zgodnie ze standardami opieki i rutynową opieką zapewnianą przez personel lokalnego instytutu. Celem niniejszego protokołu nie jest zakłócanie ani narzucanie tego procesu.

Procedura egzaminacyjna

Całkowity czas trwania badania dla każdego uczestnika trwa 10-20 minut, podczas gdy uczestnicy pozostaną na obserwacji przez okres do 3 lat.

Badania będą kontynuowane przez 5 lat.

Nowo zdiagnozowani pacjenci z niedrobnokomórkowym rakiem płuca:

Testy oddechowe:

1. Dwa testy bezpośrednio przed jakąkolwiek terapią (operacja/inna; tydzień w odstępie czasu dla powtarzalności testu).
2. Jeśli był operowany w celu wyleczenia, to 3,6,12,18,24,36 miesięcy później.
3. Jeśli był napromieniowany, to w połowie i na końcu napromieniania oraz w wieku 3,6,12,18,24,36 miesięcy.
4. Jeśli chemioterapia, to co 3 miesiące, między cyklami.

Faza kontynuacji:

Co trzy miesiące, aby zbiegły się z regularnymi wizytami kontrolnymi pacjentów u ich lekarzy prowadzących. Zgodnie ze standardami opieki, w tym momencie każdy pacjent będzie monitorowany za pomocą tomografii komputerowej klatki piersiowej i brzucha w regularnych odstępach czasu. Tomografia komputerowa posłuży do stwierdzenia nawrotu choroby lub do udokumentowania remisji.

Badania korelacyjne

1. Cytologia plwociny (Indukowana plwocina zostanie pobrana do badania cytologicznego).
2. Zostaną pobrane próbki krwi do analizy krążących komórek nowotworowych i innych markerów ogólnoustrojowych.

Pobieranie próbek oddechu

W typowym pobraniu, po normalnym wydechu, pacjent będzie wdychał przez ustnik przefiltrowane powietrze, aby usunąć wszystkie LZO z wszelkich zanieczyszczeń z otoczenia. Osoby będą wydychać ze stałą szybkością przepływu. Wydychane powietrze będzie zatrzymywane przez ustnik przez worki Maylera i/lub będzie przepuszczane przez pojemnik. Pobrane próbki powietrza z oddechu zostaną przeanalizowane na obecność lotnych związków organicznych za pomocą spektrometrii masowej z chromatografią gazową (GC-MS), bardzo czułych nanoczujników (Nanomaterial-Based Devices, Technion – Izraelski Instytut Technologii, Hajfa, Izrael) lub jako spektrometria mas online (Ionimed, Austria). Ponadto sygnały będą analizowane przez algorytmy rozpoznawania wzorców, takie jak analiza głównych składowych (PCA), obsługiwane maszyny wektorowe (SVM) lub analiza sieci neuronowej, które można następnie zastosować do całego zestawu sygnałów w celu uzyskania informacji o tożsamości, właściwości i skład chemiczny pary poddanej działaniu układu czujników 5, 10.