Precisionsfysisk träning för personlig onko-hematologi. (PEPOH)

PEPOH-projektets huvudsyfte är att karakterisera och förutsäga klinisk respons på styrketräning vid solida och/eller hematologiska tumörer hos patienter (under aktiv terapi och/eller under terapiprocessen) genom en uttömmande och systematisk integration av multi-omik-datamängder för att bestämma signaturer associerade med behandlingstolerans, sjukdomsprogression och total överlevnad.

Flera specifika mål härrör från detta huvudmål:

1. - Bestämma fysisk tränings immunmodulerande effekt genom att dechiffrera differentiella molekylära profiler i perifert blod med nästa generations sekvensering (RNA, SNP, CHIP), proteomik och metabolomik, vilket ger nya insikter för en omfattande analys av träningseffekten på patienter

2. - Utvärdera effekten av ett fysiskt träningsprogram hos onkohematologiska patienter på flerdimensionella indikatorer för deras intrinsiska kapacitet relaterad till total livskvalitet:

   1. - Funktionell fysisk kondition (muskelstyrka, gånghastighet, balans och utmattning).
   2. - Psykiskt välbefinnande och mental hälsa.
   3. - Kroppssammansättning och antropometriska variabler.

   4. - Sömnkvalitet, total livskvalitet och cancerspecifik livskvalitet.

      Alla dessa mål svarar mot tre huvudsakliga prioriteringar inom nuvarande onkologi:

      1. att förstå de fysiologiska och molekylära mekanismer som ligger till grund för träningens terapeutiska effekter.
      2. att generera robusta bevis i högt sårbara och underrepresenterade populationer, såsom hematologiska cancerpatienter.
      3. att etablera grunden för att införliva styrketräning som en standardiserad adjuvant intervention inom den kliniska hanteringen av cancer.

      PEPOH:s mervärde ligger i dess translationella och multidisciplinära ansats, som kombinerar grundvetenskap med klinisk praxis, molekylärbiologi med träningsfysiologi, och multi-omik-analys med omfattande patientutvärdering. Genom denna ram strävar projektet efter att bidra till ett paradigmskifte inom onkologivård genom att integrera fysisk träning som ett personligt anpassat terapeutiskt verktyg som kan förbättra överlevnad, välbefinnande och livskvalitet hos personer med cancer.

      Med tanke på PEPOH-projektets multidisciplinära aspekt kommer det molekylära fingeravtrycket - erhållet genom multi-omik-karakterisering - av onkohematologiska patienter under styrketräning att vara en tillgång för att tillhandahålla den biologiska grunden för dess terapeutiska användning, eftersom det är relaterat till behandlingstolerans och överlevnad. Dessutom skulle dessa molekylära signaturer kunna ge nya biologiska insikter om inflammationsreglering, energimetabolism, tumörimmunitet, muskelplasticitet, åldrande och skörhet. Alla dessa fynd kommer att låta forskarna dechiffrera mekanismer som förklarar den funktionella och emotionella förbättring som observerats efter träning.

      Dessutom kommer den djupa multi-omik-karakteriseringen av en välkarakteriserad och definierad kohort av patienter att tillhandahålla nya datamängder, vilka skulle kunna vara mycket användbara för ytterligare biomedicinska studier och en referens för det vetenskapliga samfundet.

      Ur ett kliniskt perspektiv kommer den systematiska och precisa integrationen av molekylära och kliniska datamängder att möjliggöra utvecklingen av prediktiva responsmodeller som hjälper till att utvärdera effektiviteten av träningsinterventioner för varje patient och tumör, kallad precisions-träning.

      Sammanfattningsvis kommer PEPOH-projektet att tillhandahålla translationella bevis för att stödja införandet av träning som en personligt anpassad och kostnadseffektiv adjuvant intervention inom den omfattande vården av patienter med cancer, vilket bidrar till utvecklingen av precisionsonkologi.

      Studiedesign PEPOH är en randomiserad, kontrollerad klinisk prövning. Studien kommer att genomföras vid Salamanca University Hospital, med teknisk och vetenskapligt stöd från FIBSAL.

      Population

      Prövningen kommer att inkludera fem patientkohorter motsvarande följande diagnoser: lungcancer, kolorektalcancer, bröstcancer, kronisk lymfatisk leukemi och multipelt myelom. Varje kohort kommer att bestå av 50 patienter, vilket resulterar i ett totalt urval av 250 patienter. Efter en baslinjeutvärdering kommer patienter att randomiseras (1:1) till en av två studiegrupper:

      Övervakad interventionsgrupp: ett styrketräningsprogram som genomförs två gånger per vecka i 12 veckor under professionell övervakning, kompletterat med ett hemmabaserat träningsprogram.

      Kontrollgrupp: ett hemmabaserat träningsprogram som följer samma rekommendationer och riktlinjer som den övervakade gruppen men utan övervakade personliga sessioner.

      Utvärderingar kommer att utföras vid baslinje och efter 12 veckors intervention, med en ytterligare uppföljning efter 6 månader för att analysera kvarvarande kliniska och molekylära effekter på medellång sikt.

      Inklusionskriterier:

      • Vuxna patienter (≥18 år), kapabla att underteckna informerat samtycke och villiga att delta i studien.
      • Prestandastatus (ECOG) 0-2.

      Specifika inklusionskriterier är definierade för varje kohort involverad i studien enligt följande:

      Lungcancer: Patienter diagnosticerade med icke-småcelligt lungcarcinom i metastaserat stadium, berättigade till kombinerad immunterapi och kemoterapi, med aktiv behandling.

      Kolorektalcancer: Patienter med stadium II, III eller IV resecerad kolorektalcancer som genomgår adjuvant kemoterapi.

      Bröstcancer: Kvinnliga patienter med histologiskt bekräftad hormonreceptor-positiv/HER2-negativ bröstcancer, som får aktiv hormonterapi (tamoxifen, aromatashämmare eller fulvestrant) i antingen adjuvant eller stabil metastaserad fas.

      Kronisk lymfatisk leukemi (KLL): Patienter diagnosticerade med KLL som inte har fått och inte behöver farmakologisk behandling.

      Multipelt myelom (MM): Patienter med en bekräftad ny diagnos av MM under aktiv första linjens behandling och icke-kandidater för autolog transplantation.

      Exklusionskriterier:

      Närvaro av instabila benmetastaser eller omfattande bengång associerad med hög risk för fraktur.

      Okontrollerade kardiovaskulära, respiratoriska, muskel-skelettala eller metabola sjukdomar som kontraindicerar fysisk träning enligt utredarens bedömning.

      Explicit medicinsk kontraindikation mot träning. Dokumenterad dålig följsamhet (<80%). Behandlingsavbrott, sjukdomsprogression, intolerans eller någon annan medicinsk, personlig eller logistisk omständighet som, enligt utredarna, kan äventyra deltagarsäkerhet eller studiens integritet.

      Urvalsstorlek En tvåfaktor ANOVA-design med en mellanindividfaktor (kontroll- och interventionsgrupper) och en inomindividfaktor (före-efter och sexmånadersuppföljning) valdes för att utvärdera studiens urvalsstorlek. Den totala urvalsstorlek som krävs skulle vara 42, med hänsyn till en effektstorlek på f=0,20, en signifikansnivå på 5%, en styrka på 80% och en korrelation mellan upprepade mätningar på 0,5. Det uppskattas att det kan vara en 20% förlust till uppföljning mellan de två experimentella grupperna, och därför är den totala urvalsstorleken 50 individer per kohort.

      Metodologi Biologiska prover av studien Perifert blodprover (ett 10 mL EDTA-rör) kommer att samlas in vid tre tidpunkter: 1) innan programmet startar; 2) efter 12 veckors intervention; 3) 6-månaders uppföljning. Isolerade perifera blodmononukleära celler (PBMC), serum och plasma, som kommer att bevaras korrekt vid IBSAL-biobanken under standardiserade förhållanden.

      Proteomik Karakterisering Kvantitativ proteomanalys av plasma med PreOmics® ENRICHplus-teknik, följt av vätskekromatografi kopplad med jonmobilitetsspektrometri (LC-IMS/MS), vilket kommer att möjliggöra reproducerbar och högkänslig analys från en minimal plasmayolym (50µL).

      Kvantitativ proteomanalys av de eluerade peptiderna kommer att utföras på ett LC Evosep One-system (Evosep Biosystems, Danmark), kopplat till en MS timsTOF Pro 2 (Bruker Corporation, USA), med en separationsmetod på 60 prover/dag. En DIA-PASEF-ansats kommer att tillämpas med ett massa/laddningsintervall på 100 till 1700 och ett jonmobilitetsintervall på 0,85-1,30 1/K0, med en cykeltid på 100ms.

      Immunfenotypning För immuncellpopulationsanalyser (mål 1) kommer utredarna att använda ett panel inkluderande antikroppar mot CD45, CD3, CD4, CD8, CD5, CD7, TCR, CD27, CD45RA, CD127, CD25RA, CD56, HLA-DR, CD11c, CD123, CD33, CD14 och CD16 med en minsta insamling på 500 000 händelser. Denna panel kommer att möjliggöra identifiering av olika subpopulationer av T-lymfocyter, NK-celler, dendritiska celler och monocyter. För B-cellanalys kommer vi att använda LST-screeningstrategin som beskrivs av EuroFlow. Alla analyser kommer att utföras med en 8-färgs FACScanto-cytometer och Infinicyt-mjukvara. Alla prover kommer att bearbetas vid General Flow Cytometry Service vid University of Salamanca (www.nucleus.usal.es) och vid Hematologiavdelningen.

      Metabolomik Profilering Plasmaproteiner kommer att fällas ut med metanol, och glycerofosfolipider extraheras med SPE. Efter filtrering kommer varje lösning att justeras till 600 µL med D₂O och överföras till 5 mm NMR-rör. NMR-analyser kommer att utföras vid 298 K på en Bruker Avance Neo 400 MHz-spektrometer med en kryosond. Parametrar kommer att optimeras för metabolitkvantifiering med Chenomx NMR Suite 10 (Chenomx, Edmonton, Kanada). Metabolitidentifiering och kvantifiering kommer att utföras med denna mjukvara, som möjliggör pålitlig dekonvolution och koncentrationsbestämning i komplexa spektra. Protonpeakstilldelningar kommer ytterligare att valideras genom att jämföra kemiska förskjutningar med Human Metabolome Database (http://www.hmdb.ca).

      Transkriptomisk och Genomisk Analys cfRNA och DNA-extraktion Plasma cfRNA-extraktion kommer att utföras med miRNeasy Serum/Plasma Advanced Kit (Qiagen), optimerad för lågutbyte och korta RNA-fragment. RNA-koncentration och renhet kommer att bestämmas fluorometriskt med Qubit RNA HS Assay (Invitrogen). Plasma ctDNA kommer att extraheras med QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit (Qiagen, Hilden, Tyskland). Genomiskt DNA (gDNA) kommer att isoleras från perifert blod med QIAamp DNA Blood Midi Kit (Qiagen, Tyskland) enligt standardprotokoll.

      Bibliotekspreparering och Sekvensering cfRNA-bibliotek kommer att genereras med Qiagen QIAseq cfRNA All-in-One Kit, optimerad för låg RNA-input och korta fragment. Sekvensering kommer att utföras på en NovaSeq X-sekvenserare (Illumina, San Diego, CA, USA), producerande 150bp paired-end reads (2×150bp) med en genomsnittlig djup större än 50 miljoner reads för att maximera detektionen av lågabundansttranskript.

      ctDNA och gDNA bibliotekspreparering och sekvensering kommer att utföras med SureSelect V6 capture kit (Agilent, Santa Clara, CA, USA) och Illumina-teknologi (NovaSeq 6000, 150PE 2×150bp), uppnående en genomsnittlig sekvenseringsdjup på 18Gb/prov.

      Bioinformatisk Analys Kvaliteten på FASTQ-filer erhållna från sekvensering kommer att bedömas med FastQC (Quality Control Tool for High Throughput Sequence Data). Rå reads kommer att genomgå kvalitetskontroll med FastQC och MultiQC, följt av adaptertrimning och borttagning av lågkvalitativa reads med Trimmomatic. Justering mot det humana referensgenomet (GRCh38) kommer att utföras med STAR (v2.7), och genabundans kvantifieras med featureCounts (Subread-paketet). Normalisering och differentiell expressionsanalys kommer att utföras med DESeq2 (Bioconductor), tillämpande justerade p-värden <0,05 som signifikansgräns. Funktionella och väganrikningsanalyser kommer att utföras med clusterProfiler, GOplot och GSEA. Differentiellt uttryckta gener kommer att valideras med omvänd transkription och kvantitativ realtids-PCR.

      Genomisk Analys Paired-end reads kommer att justeras mot det humana genomet (GRCh37) med BWA-MEM (v0.7.17). De resulterande SAM-filerna kommer att bearbetas för att förbättra effektiviteten av nedströmsanalyser, inklusive duplikatborttagning med MarkDuplicatesSpark (GATK). Bas-kvalitetspoängsåterkalibrering kommer att utföras med BaseRecalibrator och ApplyBQSR (GATK). Somatisk variantanropning kommer att utföras med Mutect2 (GATK, paired mode), följt av filtrering med FilterMutectCalls. Germlinevarianter (SNV och INDEL) kommer att identifieras med HaplotypeCaller och filtreras med hårda filter. Valda varianter kommer att annoteras med Funcotator, och variantpatogenicitet bedöms med Varank (v1.4.3). Frekvensen och distributionen av detekterade SNV och INDEL kommer att jämföras mot friska donordatabaser (NHLBI-ESP och gnomAD) med ANNOVAR.

      Multi-Omik Integration Omik-data kommer att integreras med pipelines utvecklade av IBSAL:s bioinformatikenhet. Maskininlärningsverktyg (Random Forest, SVM) och nätverksanalys (Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA) kommer att tillämpas för att identifiera gemensamma och tumörtypsspecifika molekylära mönster. Multi-OMics-Factor Analysis (MOFA). Integrationen av multi-omik och kliniska data kommer att möjliggöra utvecklingen av prediktiva modeller för respons på fysisk träning.

      Kliniska, Funktionella och Psykologiska Utvärderingar Alla kliniska och funktionella utfall kommer att samlas in vid tre tidpunkter: 1) innan programmet startar, 2) efter 12 veckors intervention, 3) 6-månaders uppföljning.

      I alla fall kommer alla individer att utvärderas: Muskelstyrka (Dynamometri), kroppssammansättning (Tanita BC-418), funktionell status (Short Physical Performance Battery), livskvalitet (EORTC QLQ-C30), Psykiskt välbefinnande (Hospital anxiety and depression scale), sömnkvalitet (Athens Insomnia scale), fysisk aktivitetsnivå (International Physical Activity Questionnaire).

      Intervention Interventionen för båda grupperna (styrketräningsprogram och hemmabaserat träningsprogram) är detaljerad i de publicerade studieprotokollen.