AIRCARE (Ecossistema de Investigação sobre Poluição do Ar e Cancro): Centro de Investigação Avançada sobre Saúde Ambiental e Risco de Cancro do Pulmão (AIRCARE)

1. Investigar a relação entre o PM 2.5 e o risco de cancro do pulmão, focando os efeitos individuais e cumulativos, juntamente com a interação multiplicativa da poluição do ar com outros fatores de risco para o cancro do pulmão. Metodologia - Desenho do Estudo Será utilizada uma combinação de estudo de coorte prospetivo e estudo caso-controlo. A coorte prospetiva estabelecerá a relação temporal entre a exposição à poluição do ar e a incidência de cancro do pulmão. O estudo caso-controlo facilitará a avaliação detalhada da exposição e análise de biomarcadores num subconjunto da coorte. O desenho caso-controlo também será utilizado para explorar mais interações gene-ambiente e avaliações detalhadas da exposição.

   Serão utilizados dados prospetivos e retrospetivos de registos de pacientes existentes, estações de monitorização ambiental e da coorte. A avaliação clínica dos participantes inscritos será feita de acordo com um formulário padronizado (anexado em documentos adicionais) que conterá itens relativos à demografia dos participantes, histórico de trabalho e exposição, histórico médico, histórico de tabagismo, histórico de álcool, histórico familiar, histórico de alergias, histórico prévio de condições médicas crónicas e histórico relativo ao tratamento não cirúrgico de condições médicas crónicas. Numa coorte longitudinal, os participantes serão acompanhados durante 3 anos, com avaliações repetidas da exposição e monitorização dos resultados de saúde. Os casos de cancro do pulmão diagnosticados na coorte serão emparelhados com controlos com base na idade, sexo e área de residência. Área de estudo O estudo será realizado no AIIMS, Deli, e em áreas de Deli e NCR com níveis variados de exposição a PM 2.5 e abrangerá regiões com diversos perfis socioeconómicos e atividades industriais para captar a heterogeneidade da exposição e do risco. O estudo será realizado nas mesmas áreas geográficas que o estudo de coorte AIRCARE global, abrangendo diversas regiões urbanas e periurbanas. A área de estudo terá níveis variados de poluição do ar (PM2.5, COVs, NOx) e uma distribuição diversificada de outros fatores de risco (tabagismo, exposições ocupacionais, suscetibilidade genética) em Deli e NCR com infraestrutura de monitorização da qualidade do ar estabelecida e diferentes perfis socioeconómicos. Estimativa do tamanho da amostra e estratégia de amostragem Serão realizados cálculos de poder para determinar o tamanho da amostra necessário para detetar um aumento clinicamente significativo no risco de cancro do pulmão associado à exposição à poluição do ar.

   Assumindo uma prevalência média de cancro do pulmão de 1,5% na Índia e odds de pelo menos 2 vezes para exposição elevada a PM-2.5 acima do intervalo normal (>37 µg/m³,) e um nível alfa de 0,05 com poder de 80%, estimamos inscrever aproximadamente 3230 participantes (1615 casos de cancro do pulmão e 1615 controlos). Usaremos os casos de cancro do pulmão diagnosticados no serviço de ambulatório e no registo de cancro de Deli (DCR) e os controlos serão recrutados entre os familiares dos pacientes com cancro do pulmão para obter a população emparelhada em termos de exposição a PM 2.5. Plano de Implementação do Projeto Os casos incluirão pacientes com cancro do pulmão (fumadores e não fumadores), provenientes do OPD e do conjunto de dados do DCR. Os controlos serão familiares de pacientes com cancro do pulmão (fumadores e não fumadores). O resultado primário será medido em termos de incidência de cancro do pulmão histologicamente confirmada. Serão avaliados os efeitos de interação entre a poluição do ar (PM2.5) e outros fatores de risco (tabagismo, consumo de álcool, exposições ocupacionais, suscetibilidade genética) na incidência de cancro do pulmão e o risco cumulativo de cancro do pulmão associado à exposição combinada à poluição do ar e outros fatores de risco. Os Resultados Secundários serão medidos com o impacto dos efeitos de interação nos subtipos histológicos do cancro do pulmão, modificação do risco de cancro do pulmão por variantes genéticas na presença de exposição à poluição do ar, alterações nos perfis de biomarcadores associados a exposições combinadas e efeitos sinérgicos do PM 2.5 e outros fatores de risco. Desenho da análise estatística A exposição à poluição do ar ambiente será quantificada usando uma combinação de dados de satélite, monitorização de superfície e medições individuais de exposição com uma medida da concentração de PM2.5. Para o estudo de coorte, serão usados modelos de riscos proporcionais de Cox para estimar os hazard ratios (HR) para incidência e mortalidade por cancro do pulmão associados à exposição à poluição do ar. Covariáveis dependentes do tempo serão incluídas para ter em conta as alterações na exposição ao longo do tempo. A análise de sobrevivência (método de Kaplan-Meier) será usada para examinar os resultados de sobrevivência. Para o estudo caso-controlo, será usada a regressão logística para estimar os odds ratios (OR) para cancro do pulmão associados a avaliações detalhadas da exposição e níveis de biomarcadores. A análise da interação entre poluentes será realizada usando termos de interação nos modelos de regressão. Análises de sensibilidade serão conduzidas para avaliar a robustez dos achados a potenciais fatores de confundimento e má classificação da exposição. As relações dose-resposta entre a exposição a PM 2.5 e o risco de cancro do pulmão serão examinadas usando variáveis de exposição categóricas e contínuas. Análises de subgrupo serão conduzidas para examinar o efeito da poluição do ar no risco de cancro do pulmão em diferentes subgrupos demográficos (ex., idade, sexo, estado de tabagismo).

2. Desenvolver e validar um modelo de estratificação de risco baseado na exposição a PM-2.5 para rastreio de cancro do pulmão. Desenho do Estudo Este objetivo envolverá fases de desenvolvimento e validação. Na fase de desenvolvimento, utilizaremos um conjunto de dados de coorte retrospetivo ou prospetivo para desenvolver um modelo de previsão de risco. Este processo usará dados existentes do estudo de coorte em curso ou dados históricos de registos de cancro e estações de monitorização da qualidade do ar. O modelo desenvolvido será validado externamente usando um conjunto de dados independente de uma população geograficamente distinta.

   Isto terá uma nova coorte ou um conjunto de dados separado, que será recrutado para validação prospetiva. Área de estudo Isto será realizado no AIIMS, Deli, e áreas com uma gama diversificada de níveis de exposição a PM2.5 em Deli e NCR. Necessitaremos de uma região geograficamente distinta, na Índia, com dados independentes sobre exposição a PM2.5 e incidência de cancro do pulmão para fins de validação. Esta região terá características demográficas e ambientais diferentes da área estudada para o desenvolvimento do cancro do pulmão, para garantir validade externa. Estimativa do tamanho da amostra e estratégia de amostragem Para o desenvolvimento do modelo, o tamanho da amostra será determinado com base no número de casos de cancro do pulmão e controlos disponíveis nos conjuntos de dados retrospetivos/prospetivos. Assumindo uma prevalência média de cancro do pulmão de 1,5% na Índia e odds de pelo menos 2 vezes para exposição elevada a PM-2.5 acima do intervalo normal (>37 µg/m³,) e um nível alfa de 0,05 com poder de 80%, estimamos inscrever aproximadamente 3230 participantes (1615 casos de cancro do pulmão e 1615 controlos).

   Estratégia de Amostragem:

   Para o desenvolvimento do modelo, serão utilizados pacientes com cancro do pulmão do Dr BR Ambedkar Institute Rotary Cancer Hospital no AIIMS, Deli e dados do registo de cancro de Deli. Plano de Implementação do Projeto O resultado primário será medido com base no desempenho do modelo de estratificação de risco na previsão do risco de cancro do pulmão, avaliado pela área sob a curva característica de operação do recetor (AUROC), sensibilidade e especificidade em limiares de risco predefinidos, e usando gráficos de calibração para avaliar a concordância entre os riscos previstos e observados.

   Os Resultados Secundários serão medidos em termos de valor preditivo positivo (VPP) e valor preditivo negativo (VPN) do modelo, impacto do modelo nas taxas de deteção de cancro do pulmão e distribuição do estadio, e capacidade do modelo de classificar corretamente o risco em subgrupos pré-especificados. Desenho da análise estatística Nas fases de desenvolvimento do modelo, serão utilizados regressão logística ou algoritmos de aprendizagem automática (ex., florestas aleatórias, gradient boosting) para identificar preditores de risco de cancro do pulmão, incluindo exposição a PM2.5, fatores demográficos e outras variáveis relevantes. Um modelo de previsão de risco será desenvolvido usando os preditores selecionados. O desempenho do modelo será avaliado usando técnicas de validação interna, como bootstrapping. O modelo desenvolvido será aplicado ao conjunto de dados de validação independente. O desempenho do modelo será avaliado calculando a AUROC, sensibilidade, especificidade, VPP e VPN.

   Gráficos de calibração serão gerados para avaliar visualmente a concordância entre os riscos previstos e observados. A análise de curva de decisão será conduzida para avaliar a utilidade clínica do modelo. O desempenho do modelo será avaliado em subgrupos pré-definidos, como idade, sexo e estado de tabagismo. O desempenho do modelo baseado em PM2.5 será comparado com as diretrizes existentes de rastreio de cancro do pulmão. os achados a potenciais fatores de confundimento e má classificação da exposição. Pacotes de software estatístico como R, SAS e Python serão usados para análise de dados.

3. Identificar biomarcadores para cancro do pulmão associado a PM 2.5. Desenho do Estudo Neste estudo, pretendemos identificar assinaturas moleculares únicas induzidas pela exposição a PM2.5 usando sequenciação de nova geração (NGS). Os dois grupos utilizados neste estudo serão o de fumadores e não fumadores. O pressuposto lógico é que ambos os grupos têm exposição a PM 2.5.

   A racionalidade do desenho centra-se no facto de que biomarcadores específicos de cancro do pulmão detetados no grupo de fumadores serão primariamente atribuíveis ao tabagismo, no entanto, os detetados no grupo de não fumadores podem ajudar a identificar uma assinatura nova induzida por PM 2.5 no desenvolvimento de cancro do pulmão. Especificamente, as células mononucleares do sangue periférico (PBMCs) serão colhidas tanto de não fumadores como de pacientes com cancro do pulmão para examinar o impacto da exposição a PM2.5. As PBMCs serão cultivadas in vitro, permitindo a propagação adequada antes da exposição a partículas de PM2.5. Para esta experiência, PM2.5 será obtido do National Physical Laboratory. Estas amostras de material particulado fino serão usadas para expor as PBMCs cultivadas para simular condições de exposição do mundo real. Após a exposição, realizaremos sequenciação de nova geração (NGS) direcionada para perfilar as alterações transcriptómicas destas células. O foco principal deste estudo é identificar genes com expressão diferencial (DEGs) desencadeados pela exposição a PM2.5. A comparação será feita entre a resposta das PBMCs de não fumadores e a de pacientes com cancro do pulmão. Mutações como as relativas a EGFR e ROS são conhecidas na literatura por estarem associadas ao cancro do pulmão. A abordagem utilizada no presente desenho de estudo permitirá a geração de uma assinatura molecular distinta associada à exposição a PM2.5, que pode revelar alterações genéticas específicas ou biomarcadores relevantes tanto para a exposição ambiental como para a patogénese do cancro do pulmão. O objetivo final é desenvolver uma assinatura genética específica de PM2.5 que possa servir como um potencial biomarcador de exposição ou progressão da doença. Este estudo pode fornecer informações cruciais sobre como o PM2.5 afeta a expressão genética de forma diferente em indivíduos saudáveis e pacientes com cancro do pulmão, contribuindo potencialmente para a nossa compreensão das influências ambientais no desenvolvimento do cancro. Área de estudo Isto será feito no centro de cancro do AIIMS, Deli, e incluirá as mesmas áreas geográficas que o estudo de coorte AIRCARE global, com acesso a instalações hospitalares para diagnóstico de cancro do pulmão e colheita de amostras. Estimativa do tamanho da amostra e estratégia de amostragem O tamanho da amostra será baseado na exequibilidade usando as coortes mencionadas acima. Amostras de sangue periférico de ambos os grupos, não fumadores e pacientes com cancro do pulmão, serão colhidas após aprovação ética. O isolamento de PBMCs será feito e a contagem de células será realizada usando um hemocitómetro ou um contador de células automatizado. Realizaremos um ensaio de viabilidade celular usando Azul de Tripano ou um reagente semelhante para garantir que a viabilidade seja superior a 90%. A cultura de PBMCs será estabelecida seguida pela preparação e dispersão de PM 2.5. PM 2.5 será exposto a PBMCs. O RNA das PBMCs colhidas será isolado usando um kit de extração de RNA confiável (ex., Kit Qiagen RNEasy ou similar).

   A NGS direcionada será realizada. Usaremos ferramentas de bioinformática apropriadas para identificar genes com expressão diferencial (DEGs) entre os grupos expostos a PM2.5 e controlo, e serão feitas comparações entre as respostas das PBMCs de não fumadores e pacientes com cancro do pulmão para identificar diferenças na expressão genética. Seremos capazes de gerar assinaturas de PM 2.5 após identificar genes que são consistentemente expressos diferencialmente tanto em não fumadores como em pacientes com cancro do pulmão. Plano de Implementação do Projeto O Resultado Primário será medido pela identificação de biomarcadores que estão significativamente associados ao cancro do pulmão relacionado com a poluição do ar, e pela capacidade preditiva dos biomarcadores para distinguir entre casos e controlos. Os Resultados Secundários serão medidos em termos da associação entre níveis de biomarcadores e níveis de exposição à poluição do ar, alterações temporais nos níveis de biomarcadores associados ao desenvolvimento de cancro do pulmão, associação entre níveis de biomarcadores e subtipos histológicos de cancro do pulmão, utilidade de painéis de biomarcadores para deteção precoce de cancro do pulmão e capacidade dos biomarcadores para prever a resposta ao tratamento. Desenho da análise estatística A análise de expressão diferencial (ex., testes t, ANOVA) será utilizada para identificar biomarcadores que são expressos diferencialmente entre casos de cancro do pulmão e controlos. Algoritmos de aprendizagem automática (ex., florestas aleatórias, máquinas de vetores de suporte) serão usados para identificar painéis de biomarcadores que possam discriminar com precisão entre casos e controlos. A análise de vias será usada para identificar vias biológicas associadas aos biomarcadores identificados. A análise de curva característica de operação do recetor (ROC) será usada para avaliar a precisão diagnóstica dos biomarcadores candidatos. A regressão logística será usada para avaliar a associação entre os níveis de biomarcadores e o risco de cancro do pulmão. A análise de correlação será usada para avaliar a associação entre os níveis de biomarcadores e a exposição à poluição do ar. Modelos de efeitos mistos serão usados para analisar alterações longitudinais nos níveis de biomarcadores. A análise de sobrevivência será usada para avaliar a associação entre alterações longitudinais de biomarcadores e o desenvolvimento de cancro do pulmão.

   Pacotes de software estatístico como R, Python (scikit-learn) e ferramentas especializadas de bioinformática serão usados para análise de dados.

4. Identificar populações vulneráveis e avaliar a sua suscetibilidade ao cancro do pulmão relacionado com a poluição do ar. Desenho do Estudo Isto utilizará principalmente os membros existentes dos dados da coorte longitudinal. Será realizado um estudo transversal entre os familiares/parentes de pacientes com alto risco ou cancro do pulmão da coorte. Isto verá os pacientes com historial familiar e com condições pulmonares crónicas. Será utilizada uma abordagem de Métodos Mistos para avaliar a eficácia das intervenções. Área de estudo O estudo será realizado nas mesmas áreas urbanas e periurbanas diversas do estudo de coorte AIRCARE global. A área de estudo será escolhida para garantir a representação de várias populações vulneráveis, incluindo crianças e adolescentes, idosos, indivíduos com condições respiratórias pré-existentes (ex., asma, DPOC) e indivíduos com baixo nível socioeconómico. Estimativa do tamanho da amostra e estratégia de amostragem O tamanho da amostra será baseado na exequibilidade usando as coortes mencionadas acima. Será usada a coorte longitudinal existente, garantindo representação em diferentes estratos de exposição e fatores de risco. Os casos incidentes de cancro do pulmão na coorte serão identificados e os controlos serão emparelhados com base na idade, sexo, área de residência e, sempre que possível, historial de tabagismo. Um subconjunto da coorte será selecionado para genotipagem, focando-se em indivíduos com níveis de exposição extremos e/ou casos de cancro do pulmão e controlos para estudos de interação genética. Plano de Implementação do Projeto O Resultado Primário será medido com as diferenças nas taxas de incidência de cancro do pulmão entre subgrupos vulneráveis e hazard ratios para cancro do pulmão associados à exposição à poluição do ar em cada subgrupo vulnerável. Os Resultados Secundários serão medidos com as diferenças nas taxas de mortalidade por cancro do pulmão entre subgrupos vulneráveis, níveis de biomarcadores em subgrupos vulneráveis e o impacto de fatores socioeconómicos no aumento do risco. Desenho da análise estatística Modelos de riscos proporcionais de Cox serão usados para estimar hazard ratios para cancro do pulmão em cada subgrupo vulnerável, com ajuste para potenciais fatores de confundimento. Termos de interação serão incluídos nos modelos de regressão para avaliar o efeito modificador do estado de população vulnerável na associação entre poluição do ar e cancro do pulmão. A análise estratificada será usada para avaliar o efeito da poluição do ar dentro de cada população vulnerável. Testes de qui-quadrado ou testes t serão usados para comparar taxas de incidência de cancro do pulmão e outras medidas de resultado entre subgrupos vulneráveis. Análise de variância (ANOVA) será usada para comparar medidas de resultado contínuas entre vários subgrupos vulneráveis. A regressão logística será usada para avaliar a associação entre o estado de população vulnerável e resultados de saúde específicos. A regressão linear múltipla será usada para analisar o efeito da poluição do ar na função pulmonar e nos níveis de biomarcadores em subgrupos vulneráveis. Pacotes de software estatístico como R, SAS e Python serão usados para análise de dados. A análise de custo-efetividade será usada para avaliar o impacto económico das intervenções.

Pacotes de software estatístico como SPSS, R e NVivo serão usados para análise de dados.

Os materiais de campanha serão avaliados em termos de legibilidade, competência cultural e mensagem.