Wieloomiksowa charakterystyka pacjentów pediatrycznych i dorosłych poddawanych transplantacji komórek krwiotwórczych oraz zaawansowanym terapiom komórkowym

Allogeniczne przeszczepienie hematopoetycznych komórek macierzystych (HCT) oraz zaawansowane terapie komórkowe, w tym terapia komórkami T z chimerycznym receptorem antygenowym (CAR-T), stanowią potencjalnie wyleczające metody leczenia szerokiego spektrum złośliwych i niezłośliwych chorób hematologicznych zarówno u pacjentów pediatrycznych, jak i dorosłych. Wskazania obejmują ostre i przewlekłe białaczki, chłoniaki, zespoły mielodysplastyczne, zespoły niewydolności szpiku kostnego, pierwotne niedobory odporności oraz wybrane choroby dziedziczne. Pomimo znaczących postępów w schematach kondycjonowania, doborze dawców, inżynierii przeszczepu oraz opiece wspomagającej, te interwencje wiążą się z istotną zachorowalnością i śmiertelnością. Ostra i przewlekła choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi (GvHD), ciężkie powikłania infekcyjne, opóźniona rekonstrukcja immunologiczna, nawrót choroby, toksyczność narządowa oraz niepożądane zdarzenia związane z leczeniem nadal stanowią główne wyzwania kliniczne. W przypadku terapii CAR-T dodatkowe toksyczności, takie jak zespół uwalniania cytokin (CRS), zespół neurotoksyczności związany z komórkami efektorowymi odporności (ICANS), przedłużone cytopenie oraz infekcje, dodatkowo komplikują postępowanie z pacjentem. Coraz więcej dowodów wskazuje, że mikrobiota jelitowa odgrywa kluczową rolę w modulowaniu homeostazy immunologicznej i ogólnoustrojowych odpowiedzi zapalnych w kontekście przeszczepienia. Mikrobiota jelitowa stanowi złożony i dynamiczny ekosystem, który oddziałuje z gospodarzem poprzez szlaki metaboliczne, immunologiczne i nabłonkowe. Zróżnicowana i zrównoważona społeczność mikrobiologiczna wspiera integralność bariery jelitowej, produkuje immunomodulujące metabolity, takie jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, oraz przyczynia się do regulacji wrodzonych i adaptacyjnych odpowiedzi immunologicznych. Z drugiej strony, zaburzenie różnorodności mikrobiologicznej i nadmierny wzrost taksonów oportunistycznych lub patogennych, stan powszechnie określany jako dysbioza, wiąże się z uszkodzeniem nabłonka, ogólnoustrojowym stanem zapalnym i dysregulacją immunologiczną. Badania obserwacyjne u dorosłych biorców allogenicznego HCT wykazały, że zmniejszona różnorodność mikrobioty i dominacja określonych taksonów bakteryjnych korelują ze zwiększonym ryzykiem ostrej GvHD, zakażeń krwiopochodnych, śmiertelności związanej z przeszczepieniem oraz gorszym przeżyciem ogólnym. Niektóre bakterie komensalne wydają się wywierać działanie ochronne, potencjalnie poprzez promowanie różnicowania regulatorowych komórek T i utrzymanie funkcji bariery śluzówkowej. Jednak większość dostępnych danych pochodzi z kohort dorosłych, a dowody specyficzne dla pediatrii pozostają ograniczone. Dzieci różnią się istotnie od dorosłych pod względem rozwoju mikrobioty, dojrzewania układu odpornościowego, ekspozycji środowiskowych, czynników żywieniowych oraz wcześniejszych terapii. Mikrobiom jelitowy ewoluuje dynamicznie w okresie dzieciństwa i adolescencji, co sugeruje, że interakcje mikrobiota-gospodarz u pediatrycznych biorców przeszczepów mogą przebiegać według odrębnych wzorców. Ekstrapolacja z danych dorosłych może zatem być niewystarczająca. Pojawiające się badania sugerują również, że mikrobiota jelitowa może wpływać na skuteczność i toksyczność terapii CAR-T. Skład mikrobioty wyjściowej oraz ekspozycja na antybiotyki przed limfodeplecją wiązały się z różnicami w ekspansji CAR-T, wskaźnikach odpowiedzi oraz częstości występowania toksyczności zapalnych. Mimo to, mechanistyczne zrozumienie pozostaje niepełne, a wzajemne oddziaływanie między ekologią mikrobiologiczną, aktywacją immunologiczną gospodarza i wynikami leczenia wymaga kompleksowego zbadania zarówno w populacjach dorosłych, jak i pediatrycznych. Ekspozycja na antybiotyki stanowi jeden z najważniejszych czynników zaburzających mikrobiotę w okresie około przeszczepowym. Antybiotyki o szerokim spektrum działania są często podawane w celu profilaktyki lub leczenia podejrzewanych lub udokumentowanych infekcji, szczególnie w okresie neutropenii. Chociaż niezbędne do kontroli infekcji, te środki mogą znacząco zmniejszyć różnorodność mikrobiologiczną, eliminować korzystne organizmy komensalne i sprzyjać ekspansji opornych patogenów. Pojawienie się organizmów wielolekoopornych stanowi dodatkowe zagrożenie dla pacjentów z obniżoną odpornością. Kilka badań sugerowało, że określone klasy antybiotyków i skumulowana ekspozycja wiążą się ze zwiększonym ryzykiem GvHD i śmiertelności, podkreślając znaczenie racjonalnej antybiotykoterapii. Jednak biologiczny wpływ wzorców przepisywania leków przeciwdrobnoustrojowych na skład mikrobioty, geny oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe oraz wyniki przeszczepienia pozostaje niewystarczająco scharakteryzowany, szczególnie w warunkach pediatrycznych. Niniejsze badanie zaprojektowano jako prospektywne, obserwacyjne, podłużne badanie integrujące analizy wieloomiczne u pacjentów pediatrycznych i dorosłych poddawanych allogenicznemu HCT lub zaawansowanym terapiom komórkowym, w tym CAR-T. Badanie nie modyfikuje standardowych podejść terapeutycznych; wszystkie zabiegi, schematy kondycjonowania, źródła przeszczepu, produkty CAR-T oraz strategie opieki wspomagającej są stosowane zgodnie ze standardami instytucjonalnymi i wytycznymi klinicznymi. Celem jest kompleksowa charakterystyka interakcji gospodarz-mikrobiota oraz identyfikacja sygnatur biologicznych związanych z klinicznie istotnymi wynikami. Uczestnicy są rekrutowani przed kondycjonowaniem lub limfodeplecją i obserwowani podłużnie przez wczesne i późne fazy po leczeniu. Dane kliniczne są systematycznie gromadzone, w tym cechy demograficzne, rozpoznanie podstawowe, wcześniejsze terapie, intensywność kondycjonowania, typ dawcy, ekspozycja na środki przeciwdrobnoustrojowe, epizody infekcji, występowanie i ciężkość GvHD, nawrót choroby, parametry rekonstrukcji immunologicznej, toksyczności związane z CAR-T oraz wyniki przeżycia. Próbki biologiczne są pobierane w określonych punktach czasowych, w tym na początku i w wielu interwałach po leczeniu, a także przy wystąpieniu klinicznie istotnych zdarzeń, gdy jest to możliwe. Próbki kału są zbierane w celu oceny składu, różnorodności i potencjału funkcjonalnego mikrobioty jelitowej przy użyciu metod sekwencjonowania, takich jak sekwencjonowanie genu 16S rRNA i metagenomika shotgun. Analizy te pozwalają na scharakteryzowanie profili taksonomicznych, zawartości genów mikrobiologicznych oraz determinant oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe. Próbki krwi obwodowej są pobierane w celu oceny podzbiorów komórek odpornościowych, profili cytokin, sygnatur transkryptomicznych oraz krążących metabolitów. Analizy metabolomiczne badają zarówno metabolity pochodzenia gospodarza, jak i mikrobioty, które mogą wpływać na regulację immunologiczną i integralność nabłonka. Głównym celem badania jest identyfikacja biomarkerów pochodzących z mikrobioty i gospodarza związanych z kluczowymi wynikami po HCT i terapii CAR-T, w tym GvHD, ciężkimi infekcjami, kolonizacją lub infekcją organizmami wielolekoopornymi, nawrotem choroby, śmiertelnością niezwiązaną z nawrotem, przeżyciem ogólnym oraz toksycznościami związanymi z leczeniem, takimi jak CRS i ICANS. Cele drugorzędne obejmują charakterystykę dynamiki mikrobioty w czasie, ocenę wpływu ekspozycji na antybiotyki na różnorodność mikrobiologiczną i profile rezystomu, porównanie trajektorii mikrobioty u dzieci i dorosłych oraz poszukiwanie związków między cechami mikrobioty a rekonstrukcją immunologiczną lub odpowiedzią terapeutyczną. Zaawansowane metody bioinformatyczne i statystyczne są stosowane do integracji danych mikrobiomu, transkryptomicznych, metabolomicznych i immunofenotypowych ze szczegółowymi zmiennymi klinicznymi. Modelowanie wielowymiarowe i podejścia uczenia maszynowego mogą być zastosowane w celu identyfikacji sygnatur predykcyjnych i opracowania modeli stratyfikacji ryzyka. Analizy stratyfikowane według wieku pozwalają na identyfikację specyficznych dla pediatrii i dorosłych wzorców interakcji gospodarz-mikrobiota. Badanie jest prowadzone zgodnie z zasadami etycznymi i obowiązującymi wymaganiami regulacyjnymi. Pisemną świadomą zgodę uzyskuje się od dorosłych uczestników oraz od rodziców lub prawnych opiekunów uczestników pediatrycznych, z asentą nieletnich, gdy jest to właściwe. Pobieranie próbek biologicznych jest koordynowane z rutynowymi procedurami klinicznymi, gdy tylko jest to możliwe, w celu minimalizacji dodatkowego obciążenia. Wszystkie dane są anonimizowane w celu zapewnienia poufności.

Integrując kompleksowe profilowanie molekularne z podłużną obserwacją kliniczną, to badanie ma na celu pogłębienie zrozumienia biologicznych determinantów wyników u biorców przeszczepów i terapii komórkowych. Identyfikacja solidnych biomarkerów i szlaków mechanistycznych może wspierać rozwój spersonalizowanych, opartych na mikrobioce strategii, w tym zoptymalizowanej racjonalnej antybiotykoterapii oraz przyszłych interwencji ukierunkowanych na mikrobiotę, co ostatecznie może poprawić przeżycie i zmniejszyć powikłania związane z leczeniem zarówno w populacjach pediatrycznych, jak i dorosłych.