Биомаркеры выдыхаемого воздуха при раке легких

Научная основа:

Рак легких является наиболее смертоносным видом рака, ответственным за 28% смертей от рака и ежегодно убивающим около 1,3 миллиона человек во всем мире. Диагностика и лечение рака легкого на его ранних стадиях может увеличить 5-летнюю выживаемость в 3-4 раза с потенциалом излечения4, 7. Таким образом, основной целью этого исследования является раннее выявление рака легкого и особое внимание летучие биомаркеры рака легких, которые помогут в простой и недорогой диагностике на основе наших предыдущих результатов.

Имеющиеся в настоящее время диагностические тесты рака легкого не подходят для скрининга, чрезвычайно дороги и включают инвазивные процедуры (например, бронхоскопия), которые не лишены осложнений. Целью скрининга рака является обнаружение опухоли на ранней стадии, чтобы повысить шансы на успех лечения. Недавнее крупнейшее исследование скрининга рака легких (NLST) показало снижение смертности на 21% за 5 лет исследования в пользу протокола скрининга с низкой дозой КТ по ​​сравнению с рентгенографией грудной клетки1. Таким образом, существует настоятельная потребность в инструменте, позволяющем лучше определить когорту высокого риска. Таким инструментом может быть панель биомаркеров.

Сосредоточив внимание на летучих биомаркерах рака легких, наша группа недавно определила сигнатуру летучих летучих органических соединений, которая позволяет отличить дыхание больных раком легких от дыхания здоровых людей и раковых клеток 2, 9. Эти важные результаты привели нас к пониманию того, что летучие биомаркеры подходят для раннего выявления рака легких и для различения подтипов рака легких. Такая дискриминация будет иметь серьезные последствия для клинических решений и льгот для пациентов.

Анализ выдыхаемого воздуха как диагностический инструмент и предварительные результаты:

Анализ летучих органических соединений (ЛОС) является новой привлекательной неинвазивной областью медицинской диагностики. Принцип, лежащий в основе этого подхода, основан на том факте, что раковые клетки отличаются от нормальных клеток скоростью метаболизма, путями клеточного апоптоза и характером экспрессии белков и, таким образом, испускают и/или потребляют различные летучие органические соединения. Эти летучие органические соединения могут быть обнаружены либо непосредственно в пространстве над раковыми клетками, либо через выдыхаемый воздух.

Совместно с группой профессора Хайка из Института Технион (Израиль) наши данные показывают, что существует связь между паттернами ЛОС НМРЛ и контрольных клеточных линий и эквивалентными состояниями в выдыхаемом воздухе. Мы продемонстрировали, что существует четкое различие между раком легкого и здоровыми кластерами. Мы также проанализировали свободное пространство клеточных линий NSCLC и SCLC, и мы смогли значительно отличить SCLC от NSCLC на основе их паттернов VOC. Этот анализ позволил нам определить, какие именно летучие органические соединения потребляются или не выделяются раковыми клетками. Это открытие имеет клиническое применение, поскольку SCLC отличается от NSCLC своей чувствительностью к химиотерапии и лучевой терапии и другими характеристиками. Таким образом, неинвазивный и высокочувствительный тест был бы чрезвычайно ценен для классификации и раннего скрининга рака легкого, а также для таргетной терапии.

Сбор дыхания и искусственный НОС

При типичном сборе после нормального выдоха субъект будет вдыхать через мундштук отфильтрованный воздух, чтобы удалить все летучие органические соединения любых загрязнителей окружающей среды. Люди будут выдыхать с постоянной скоростью потока. Выдыхаемый воздух будет удерживаться через мундштук мешками Мейлера и/или проходить через контейнер. Собранные образцы выдыхаемого воздуха будут проанализированы на содержание летучих органических соединений с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ-МС), высокочувствительных наносенсоров (устройства на основе наноматериалов, Технион - Израильский технологический институт, Хайфа, Израиль) или масс-спектрометрии в режиме онлайн. (Ионимед, Австрия). Кроме того, сигналы будут проанализированы с помощью алгоритмов распознавания образов, таких как анализ основных компонентов (PCA), машины с поддерживаемыми векторами (SVM) или анализ нейронной сети, которые затем могут быть применены ко всему набору сигналов для получения информации об идентичности. свойства и химический состав паров, попадающих на массив датчиков 5, 10.

Научно-исследовательские цели:

Наша цель — изолировать и определить изменчивую сигнатуру, которая позволяет отличить рак легких от нормального состояния. Это потенциально может служить уникальным биомаркером рака легких.

Наши цели:

• Проверить возможность выявления рака легких на ранней стадии с помощью анализа выдыхаемого воздуха независимо от субгистологии.
• Чтобы проверить применимость биомаркеров дыхания для мониторинга реакции на лечение рака легких (хирургическое вмешательство, химиотерапия или другие методы лечения рака).
• Сравнить чувствительность и селективность анализа дыхания с обычными онкомаркерами и/или диагностикой (КТ, ПЭТ, циркулирующие опухолевые клетки, маркеры крови и т. д.)
• Корреляция гистологических и/или других клинических показателей с сигнатурой дыхания.

Исследуемая популяция

В клинической установке мы выберем три группы населения:

Группа А - больные раком легкого (НМРЛ и МКРЛ) любой стадии; эта группа будет разделена позже на:

1. SCLC (до и после терапии).

2. НМРЛ:

   1. Хирургическое лечение (до и после терапии 3 года наблюдения).
   2. Прогрессирующее заболевание (до и после терапии, наблюдение в течение 3 лет). Группа Б - пациенты высокого риска, находящиеся на обследовании по поводу рака легкого или легочного узла.

Группа C - возраст и сопутствующие заболевания соответствовали контролю без доказательств рака/предрака.

Все коллекции будут соответствовать местным правилам IRB. Информация будет собираться у всех субъектов, включая эпидемиологические данные, гистологические характеристики, метаболическую активность опухоли (внедорожная авидность посредством ПЭТ-сканирования). Клиническая информация будет включать состояние здоровья, подтип рака легкого, подклассификацию и дифференциацию патологии, расширенный анализ и окрашивание, если таковые имеются, результаты визуализации (включая КТ, ПЭТ-сканирование и его авидность SUV), локализацию рака, общий объем опухоли. , стадия заболевания, генетическая классификация опухоли и эпидемиологические данные, т.е. возраст, пол, курение и семейный анамнез, семейный анамнез, респираторные заболевания, воздействие асбеста и т. д.

При раке выбор терапии осуществляется в соответствии со стандартами оказания помощи и рутинной медицинской помощью, предоставляемой персоналом местного учреждения. Этот протокол не предназначен для вмешательства или диктования этого процесса.

Процедура обследования

Общая продолжительность исследования для каждого субъекта составляет 10-20 минут, в то время как субъекты остаются под наблюдением до 3 лет.

Исследование будет продолжаться в течение 5 лет.

Впервые диагностированные пациенты с немелкоклеточным раком легкого:

Дыхательные тесты:

1. Два теста непосредственно перед любой терапией (операция/другое; с интервалом в одну неделю для проверки воспроизводимости).
2. Если оперировали по поводу излечения, то через 3,6,12,18,24,36 мес.
3. Если облучались, то в середине и конце облучения и в 3,6,12,18,24,36 мес.
4. Если химиотерапия, то каждые 3 месяца, между циклами.

Последующая фаза:

Каждые три месяца совпадать с регулярным диспансерным наблюдением пациентов у лечащих врачей. В соответствии со стандартами медицинской помощи, на этом этапе каждый пациент будет регулярно проходить компьютерную томографию грудной клетки и брюшной полости. Эта КТ будет использоваться для определения рецидива заболевания или документирования ремиссии.

Коррелятивные исследования

1. Цитология мокроты (индуцированная мокрота будет собрана для цитологического исследования).
2. Образцы крови будут взяты для анализа циркулирующих опухолевых клеток и других системных маркеров.

Сбор образцов дыхания

При типичном сборе после нормального выдоха субъект будет вдыхать через мундштук отфильтрованный воздух, чтобы удалить все летучие органические соединения любых загрязнителей окружающей среды. Люди будут выдыхать с постоянной скоростью потока. Выдыхаемый воздух будет удерживаться через мундштук мешками Мейлера и/или проходить через контейнер. Собранные образцы выдыхаемого воздуха будут проанализированы на содержание летучих органических соединений с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ-МС), высокочувствительных наносенсоров (устройства на основе наноматериалов, Технион - Израильский технологический институт, Хайфа, Израиль) или масс-спектрометрии в режиме онлайн. (Ионимед, Австрия). Кроме того, сигналы будут проанализированы с помощью алгоритмов распознавания образов, таких как анализ основных компонентов (PCA), машины с поддерживаемыми векторами (SVM) или анализ нейронной сети, которые затем могут быть применены ко всему набору сигналов для получения информации об идентичности. свойства и химический состав паров, попадающих на массив датчиков 5, 10.