Biomarkörer för utandningsandning vid lungcancer

Vetenskaplig bakgrund:

Lungcancer är den mest dödliga cancern, ansvarig för 28 % av cancerdödsfallen och dödar ~1,3 miljoner människor över hela världen varje år. Diagnos och behandling av lungcancer i dess tidiga stadier skulle kunna öka 5-årsöverlevnaden 3-4 gånger med en potential för bot4, 7. Därför är huvudmålet med denna studie tidig upptäckt av lungcancer, och specifikt med fokus på de flyktiga biomarkörerna för lungcancer som kommer att hjälpa till med enkel, billig diagnos baserat på våra tidigare fynd.

För närvarande tillgängliga diagnostiska test av lungcancer är inte lämpliga för screening, är extremt dyra och involverar invasiva procedurer (t. bronkoskopi), som inte är fria från komplikationer. Målet med cancerscreening är att upptäcka tumörer i ett tidigt skede för att ge behandlingen större chanser att lyckas. Nyligen har den största lungcancerscreeningsstudien (NLST) visat en dödlighetsfördel på 21 % per 5-års studie som gynnar lågdos CT-screeningprotokoll jämfört med lungröntgen1. Därför finns det ett akut behov av ett verktyg för att möjliggöra en bättre definition av högriskkohorten. Ett sådant verktyg kan vara en panel av biomarkörer.

Med fokus på de flyktiga biomarkörerna för lungcancer, har vår grupp nyligen definierat en flyktig VOC-signatur som kan skilja andedräkten hos lungcancerpatienter från andedräkten hos friska individer och från cancerceller 2, 9. Dessa betydande fynd har lett oss till förståelsen att flyktiga biomarkörer skulle passa för tidig upptäckt av lungcancer och för diskriminering mellan undertyper av lungcancer. Sådan diskriminering kommer att få betydande konsekvenser för kliniska beslut och på patienternas fördelar.

Utandadsanalys som ett diagnostiskt verktyg och preliminära resultat:

Analys av flyktiga organiska föreningar (VOC) är ett nytt attraktivt icke-invasivt område inom medicinsk diagnostik. Principen bakom detta tillvägagångssätt är baserad på det faktum att cancerceller särskiljs från normala celler i deras ämnesomsättningshastighet, cellapoptosvägar och proteinuttrycksmönster och därmed avger och eller konsumerar olika VOC. Dessa flyktiga organiska föreningar kan detekteras antingen direkt från cancercellernas huvudutrymme eller via utandningsluften.

Tillsammans med Prof Haick-gruppen vid Technion Inst (Israel), visar våra data att det finns ett samband mellan VOC-mönstren för NSCLC och kontrollcellinjer och motsvarande tillstånd i utandningsandning. Vi visade att det finns en tydlig diskriminering mellan lungcancer och friska kluster. Vi analyserade också headspace för NSCLC- och SCLC-cellinjer och vi kunde skilja signifikant mellan SCLC kontra NSCLC baserat på deras VOC-mönster. Denna analys gjorde det möjligt för oss att identifiera de specifika VOC som konsumeras eller utelämnas av cancerceller. Detta fynd har kliniska tillämpningar eftersom SCLC särskiljs från NSCLC genom sin känslighet för kemoterapi och strålbehandling och andra egenskaper. Därför skulle ett icke-invasivt och mycket känsligt test vara extremt värdefullt för klassificering och tidig screening av lungcancer och för riktad terapi.

Breath Collection och den konstgjorda näsan

I en typisk samling, efter normal utandning, kommer försökspersonen att andas genom ett munstycke en filtrerad luft för att ta bort alla flyktiga organiska föreningar från eventuella omgivande föroreningar. Individer kommer att andas ut med en konstant flödeshastighet. Utandad luft kommer att hållas genom munstycket av Mayler-påsar och/eller kommer att passera genom en behållare. De insamlade luftandningsproverna kommer att analyseras för VOC med gaskromatografimasspektrometri (GC-MS), högkänsliga nanosensorer (nanomaterialbaserade enheter, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israel) eller som onlinemasspektrometri (Jonimed, Österrike). Vidare kommer signalerna att analyseras av en mönsterigenkänningsalgoritm, såsom principal component analysis (PCA), supported vector machines (SVM), eller neuronal nätverksanalys kan sedan appliceras på hela uppsättningen av signaler för att få information om identiteten, egenskaper och kemisk sammansättning av ångan som exponeras för sensorerna 5, 10.

Forskningsmål:

Vårt mål är att isolera och definiera en flyktig signatur, som tillåter diskriminering mellan lungcancer från ett normalt tillstånd. Det kommer att fungera som en unik biomarkör för lungcancer.

Våra mål är:

• Att testa genomförbarheten för att upptäcka lungcancer i ett tidigt skede via analys av utandningsandning oavsett sub-histologi.
• För att testa genomförbarheten av andningsbiomarkörerna för att övervaka svaret på lungcancerbehandling (kirurgi, kemoterapi eller andra cancerbehandlingar)
• Att jämföra känslighet och selektivitet för andningsanalysen med konventionella cancermarkörer och/eller diagnostik (CT, PET, cirkulerande tumörceller, blodmarkörer etc.)
• Korrelation av histologi och/eller andra kliniska mått till andningssignaturen.

Studera befolkning

På den kliniska uppställningen kommer vi att prova tre populationer:

Grupp A - patienter med lungcancer (NSCLC och SCLC), vilket stadium som helst; denna grupp kommer att delas upp senare som för:

1. SCLC (före och efter behandling).

2. NSCLC:

   1. Kirurgiskt behandlad (före och efter terapi 3 års uppföljning).
   2. Avancerad sjukdom (före och efter behandling, 3 års uppföljning). Grupp B - högriskpatienter som genomgår utredning relaterad till lungcancer eller lungknöl.

Grupp C - ålders- och komorbiditetsmatchade kontroller utan bevis på cancer/pre-cancer.

Alla insamlingar kommer att följa lokala IRB-riktlinjer. Information kommer att samlas in från alla ämnen, inklusive epidemiologiska data, histologiska egenskaper, tumörens metaboliska aktivitet (SUV-aviditet genom PET-skanning). Den kliniska informationen kommer att inkludera hälsostatus, lungcancersubtyp, patologisk underklassificering och differentiering, avancerad analys och färgning om tillgängligt, avbildningsresultat (inklusive CT, PET-skanning och dess SUV-aviditet), cancerns plats, tumörens totala volym , sjukdomsstadium, genetisk klassificering av tumören och epidemiologiska data, t.ex. ålder, kön, rökning och familjehistoria, familjehistoria, luftvägssjukdomar, exponering för asbest mm.

Om cancer, valet för terapi är enligt standarden för vård och rutin etablerad vård som tillhandahålls av personalen på det lokala institutet. Detta protokoll är inte avsett att störa eller diktera denna process.

Examinationsprocedur

Den totala varaktigheten av studien för varje ämne tar 10-20 minuter medan försökspersonerna kommer att fortsätta följa upp i upp till 3 år.

Studien kommer att pågå i 5 år.

Nydiagnostiserade patienter med icke-småcellig lungcancer:

Andningstest:

1. Två tester omedelbart före någon terapi (operation/annan; en veckas mellanrum för att testa reproducerbarhet).
2. Om opererades för att bota, sedan 3,6,12,18,24,36 månader senare.
3. Om strålades, då i mitten och slutet av strålningen och vid 3,6,12,18,24,36 månader.
4. Om kemoterapi, sedan var 3:e månad, mellan cyklerna.

Uppföljningsfas:

Var tredje månad för att sammanfalla med patienterna regelbundet följa upp sina behandlande läkare. Enligt vårdstandarderna kommer varje patient vid denna tidpunkt att övervakas med en CT-skanning av bröst och buk med jämna mellanrum. Denna CT kommer att användas för att fastställa sjukdomsrecidiv eller för att dokumentera remission.

Korrelativa studier

1. Sputumcytologi (Inducerat sputum kommer att samlas in för cytologisk undersökning).
2. Blodprover kommer att tas för analys av cirkulerande tumörceller och andra systemiska markörer.

Samling av andningsprover

I en typisk samling, efter normal utandning, kommer försökspersonen att andas genom ett munstycke en filtrerad luft för att ta bort alla flyktiga organiska föreningar från eventuella omgivande föroreningar. Individer kommer att andas ut med en konstant flödeshastighet. Utandad luft kommer att hållas genom munstycket av Mayler-påsar och/eller kommer att passera genom en behållare. De insamlade luftandningsproverna kommer att analyseras för VOC med gaskromatografimasspektrometri (GC-MS), högkänsliga nanosensorer (nanomaterialbaserade enheter, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israel) eller som onlinemasspektrometri (Jonimed, Österrike). Vidare kommer signalerna att analyseras av en mönsterigenkänningsalgoritm, såsom principal component analysis (PCA), supported vector machines (SVM), eller neuronal nätverksanalys kan sedan appliceras på hela uppsättningen av signaler för att få information om identiteten, egenskaper och kemisk sammansättning av ångan som exponeras för sensorerna 5, 10.