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Naso elettronico “sente” quando il trapianto del polmone fallisce

Il naso elettronico o eNose è capace di individuare in una fase iniziale del fallimento del trapianto di polmone, nota come disfunzione cronica dell'allotrapianto (CLAD). Questa tecnica preventiva permetterebbe ai medici di intervenire tempestivamente con le giuste terapie evitando il cronicizzarsi del rigetto. Non solo, il nuovo ritrovato della tecnologia biomedica è capace anche di individuare i soggetti con diagnosi di tumore polmonare che risponderanno bene all'immunoterapia

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Un naso elettronico è capace di individuare con una precisione dell’86% quando il trapianto del polmone non sta andando a buon fine. Questo è il risultato di una ricerca presentata al Congresso internazionale “virtuale” della European Respiratory Society.

Naso elettronico

Naso elettronico: ecco come funziona

Nynke Wijbenga, ricercatrice e medico tecnico presso l’Erasmus University Medical Center, Rotterdam, Paesi Bassi, ha dichiarato al congresso che la scoperta potrebbe permettere ai suoi colleghi di individuare in una fase iniziale del fallimento del trapianto di polmone, nota come disfunzione cronica dell’allotrapianto (CLAD), in modo che possano intervenire subito con le giuste terapie che tamponino il peggioramento della situazione. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche prima che l’eNose o naso elettronico possa essere utilizzato in clinica con questo fine.

A circa il 50% dei pazienti sottoposti a trapianto di polmone viene diagnosticata una disfunzione cronica dell’allotrapianto o un rigetto cronico entro cinque anni dal trapianto. Il rigetto cronico rimane la causa di morte più importante dopo il trapianto del polmone e, al momento, non esiste un trattamento disponibile per invertirlo. “, ha affermato Wijbenga.

Una volta confermato il rigetto cronico, i pazienti possono sopravvivere in media da uno a cinque anni. Un nuovo trapianto potrebbe essere l’ultima risorsa per pazienti specifici con rigetto cronico avanzato. Pertanto, è della massima importanza valutare se possiamo prevedere o diagnosticare la disfunzione del trapianto polmonare in una fase iniziale, possibilmente consentendo un trattamento precoce più efficace“.

Naso elettronico

Ad oggi, possono essere necessari diversi mesi per diagnosticare il CLAD. I medici testano la funzionalità polmonare ad ogni visita e la misurano rispetto al miglior picco di funzionalità polmonare raggiunto dopo il trapianto. Se scende all’80% o meno, indagano ulteriormente per escludere cause che potrebbero rispondere al trattamento, come l’infezione polmonare che potrebbe essere trattata con antibiotici. Il rigetto cronico può essere confermato solo dopo queste indagini e se il declino della funzionalità polmonare persiste per tre mesi.

Il naso elettronico è un piccolo dispositivo che contiene sensori per rilevare sostanze chimiche chiamate composti organici volatili (COV), che sono presenti in circa l’uno per cento del nostro respiro esalato e possono variare a seconda dei processi metabolici che si verificano in tutto il corpo o in parti di esso, come i polmoni.

 Quando i pazienti espirano nell’eNose o naso elettronico, i sensori non solo rilevano il pattern dei COV nel respiro, ma correggono anche i risultati per tenere conto dell’aria ambiente che è stata inalata. I risultati vengono analizzati utilizzando algoritmi di apprendimento automatico dell’intelligenza artificiale e il “respiro” può essere utilizzato per identificare diverse malattie polmonari.

Wijbenga e i suoi colleghi hanno reclutato tra luglio e novembre 2020, 91 pazienti volontari sottoposti a trapianto di polmone. Gli scienziati hanno effettuato una misurazione eNose da ciascun paziente e quindi hanno confrontato i loro risultati con le diagnosi che i consulenti dei pazienti avevano già fatto.

I volontari che hanno partecipato alla ricerca hanno un’età compresa tra 35 e 73 anni, il 47% è di sesso maschile e il tempo medio (medio) dopo il trapianto di polmone è di 3,6 anni. Nell’86% dei casi i ricercatori hanno scoperto che eNose era in grado di riconoscere tra i 68 pazienti che avevano trapianti di polmone stabili e i 23 pazienti che avevano CLAD.

“Questi risultati suggeriscono che l’eNose è uno strumento promettente per il rilevamento di CLAD“, ha affermato la scienziata Wijbenga. “Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche prima che possa essere utilizzato in clinica. Dobbiamo valutare se misurazioni ripetute negli stessi pazienti possono fornire diagnosi più accurate e persino prevedere il CLAD prima che si verifichi. Inoltre, dobbiamo confermare i nostri risultati in altri gruppi di pazienti. Tuttavia, miriamo a sviluppare questa tecnica come tecnica per un ampio utilizzo in tutta Europa”.

I pazienti coinvolti nello studio continuano a fornire misurazioni del naso elettronico ad ogni visita all’ambulatorio in modo che i ricercatori possano seguire i loro progressi.

Esistono due tipi di rigetto cronico: sindrome da bronchite obliterante (BOS) e sindrome da allotrapianto restrittivo (RAS). I pazienti con BOS sopravvivono in media da tre a cinque anni dopo la diagnosi, mentre quelli con RAS sopravvivono da uno a due anni.

“Speriamo che la nostra ulteriore ricerca rivelerà se la tecnologia eNose potrebbe distinguere tra BOS e RAS. Inoltre, vogliamo indagare se potrebbe essere utilizzata per altre complicazioni dopo il trapianto di polmone, come il rigetto acuto e l’infezione“, ha concluso Wijbenga.

Stefano Elia, che non è stato coinvolto nella ricerca, è Responsabile dell’Assemblea della Società Respiratoria Europea 8 Chirurgia toracica e trapianto e Professore di Chirurgia Toracica presso l’Università di Roma Tor Vergata Roma, Italia, ha dichiarato: “Questo è uno studio interessante che mostra le entusiasmanti possibilità di combinare l’intelligenza artificiale e le nuove tecnologie a beneficio dei pazienti. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per verificare questi risultati in più persone, sembra promettente. Tutto ciò che potrebbe aiutarci rilevare quando un trapianto al polmone sta cominciando a fallire, o anche prevederlo prima che si verifichi, farà davvero la differenza per i risultati in questo gruppo di pazienti”.

Il naso elettronico riconosce anche i pazienti con tumore polmonare che risponderanno all’immunoterapia

Il naso elettronico, oltre a riconoscere i trapianti di polmone che stanno attivando il rigetto, è capace anche di individuare i soggetti con diagnosi di tumore polmonare che risponderanno bene all’immunoterapia.

La ricerca è stata e pubblicata sulla principale rivista oncologica Annals of Oncology.

I risultati del primo studio per indagare su questo mostrano che eNose o naso elettronico è più accurato dell’attuale gold standard di immunoistochimica (IHC) per la selezione di pazienti che risponderanno alle immunoterapie anti-PD-1 come nivolumab o pembrolizumab. L’IHC prevede l’analisi di campioni di tessuto per la presenza della proteina chiamata ligando di morte programmata 1 (PD-L1), che è l’obiettivo delle terapie anti-PD 1, ma è invasiva e richiede tempo per ottenere risultati.

Naso elettronico

Il professor Michel van den Heuvel, professore di oncologia toracica presso il Radboud University Medical Center (Nijmegen, Paesi Bassi), che ha guidato la ricerca, ha dichiarato: “L’introduzione dell’immunoterapia ha notevolmente migliorato il trattamento del carcinoma polmonare non a piccole cellule in stadio avanzato ma sfortunatamente è efficace solo in un sottogruppo di pazienti, che era circa il 20% quando abbiamo iniziato lo studio”.

Attualmente, non esiste un test disponibile in grado di prevedere con precisione chi trarrà beneficio da questo trattamento, a parte il test PD-L1 mediante immunoistochimica. Questo è il biomarcatore di scelta odierno, nonostante i suoi limiti analitici e predittivi, quando si prendono decisioni cliniche sull’opportunità o meno di trattare un paziente con l’immunoterapia“, ha continuato lo scienziato.

Rianne de Vries, ricercatrice del dipartimento di medicina respiratoria dell’Amsterdam University Medical Centers (Paesi Bassi), che è il primo autore congiunto dello studio, ha dichiarato: “Abbiamo ipotizzato che l’analisi del respiro espirato utilizzando la tecnologia del naso elettronico potrebbe essere un’alternativa non invasiva e rapida all’attuale standard e consentirebbe ai medici di evitare di trattare i pazienti con un’immunoterapia a cui non risponderebbero”.

De Vries, che è anche direttore operativo di Breathomix, che attualmente sta producendo l’eNose, ha continuato: “Quando si usa l’eNose, il paziente fa un respiro profondo, lo trattiene per cinque secondi e poi espira lentamente nel dispositivo. L’eNose i sensori rispondono alla miscela completa di COV nel respiro espirato; ogni sensore ha la sua massima sensibilità a un diverso gruppo di molecole”.

Le letture del sensore vengono inviate direttamente e archiviate su un server online per l’elaborazione in tempo reale dei dati e per l’ambiente correzione dell’aria perché l’aria che espiri è influenzata dall’aria che inspiri. La misurazione richiede meno di un minuto e i risultati vengono confrontati con un database online in cui gli algoritmi di apprendimento automatico identificano immediatamente se è probabile che il paziente risponda o meno alla terapia anti-PD1“, ha spiegato l’esperta.

Tra marzo 2016 e febbraio 2018, il team di studiosi del The Netherlands Cancer Institute, Amsterdam, hanno reclutato 143 pazienti volontari con NSCLC avanzato. I ricercatori hanno sfruttato l’eNose per rilevare i profili respiratori dei pazienti due settimane prima dell’inizio del trattamento con nivolumab o pembrolizumab e dopo tre mesi hanno utilizzato criteri standard (Response Evaluation Criteria of Solid Tumours, RECIST) per valutare se i pazienti stavano rispondendo al trattamento né meno.

 I risultati dei primi 92 pazienti (che hanno iniziato il trattamento tra marzo 2016 e febbraio 2017) sono stati convalidati dai risultati dei restanti 51 pazienti (che hanno iniziato il trattamento dopo aprile 2017).

L’altro primo autore dello studio, il dottor Mirte Muller, ricercatore del dipartimento di oncologia toracica presso il Netherlands Cancer Institute, ha dichiarato: “Abbiamo scoperto che prima dell’inizio del trattamento con l’immunoterapia, l’analisi eNose del respiro espirato dai pazienti con carcinoma polmonare non a piccole cellule poteva distinguere tra responder e non- risponditori con una precisione dell’85%”.

“I nostri risultati mostrano che l’analisi del respiro da parte del naso elettronico può potenzialmente evitare l’applicazione di un trattamento inefficace a pazienti che sono identificati da eNose come non responsivi all’immunoterapia, che nel nostro studio era il 24% dei pazienti. Ciò significa che nel 24% di NSCLC pazienti questo trattamento potrebbe essere evitato, senza negare a nessuno un trattamento efficace”.

La tecnologia ENose è economica rispetto ad altre tecnologie mediche disponibili e test diagnostici e biomarcatori. L’eNose si qualifica come un test point-of-care non invasivo e rapido che fornisce feedback in pochi secondi nello studio medico. I nostri risultati costituiscono una solida base per fare il passo successivo per convalidare questi risultati in un ampio studio prospettico multicentrico“.

Sebbene l’immunoterapia tenda ad avere meno effetti collaterali rispetto alla chemioterapia, con l’affaticamento che è il più comune, può innescare effetti collaterali più gravi in ​​circa il 10% dei pazienti. Organi come i polmoni, il fegato e l’intestino possono infiammarsi quando il sistema immunitario del corpo inizia ad attaccare le proprie cellule. Identificando correttamente i pazienti che non risponderanno all’immunoterapia, si possono evitare effetti collaterali legati al trattamento.

Il prof van den Heuvel ha concluso: “Siamo convinti che questo studio si limiti a graffiare la superficie. Rappresenta la prima introduzione della moderna medicina di precisione, vale a dire che le impronte molecolari possono essere facilmente ottenute e rapidamente analizzate sul posto. Questo offre davvero nuove possibilità per la il singolo paziente e il medico. Il potere di questo sistema eNose è che è stato adeguatamente convalidato, sia tecnicamente che clinicamente, il che è essenziale. Riteniamo che l’analisi del respiro espirato diventerà un importante strumento diagnostico e guiderà il trattamento futuro in oncologia così come in molte altre malattie”.

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Tronsmart Studio

14 settembre, 2021

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