Valutazione dell'accuratezza della determinazione di VOC quali biomarker di neoplasia del colon-retto nei soggetti FIT positivi dello Screening di Prevenzione

Screening is recommended to reduce both incidence and mortality of colorectal cancer (CRC). Currently, many Countries organize population screening programs based on fecal occult blood test (FOBT). In Emilia-Romagna (Italy), since 2005, FOBT immunochemical version (FIT) is performed every two years on people aged between 50 and 69 years. Then, colonoscopy is carried out on FIT-positives. Unfortunately, FIT shows a high number of false positives (about 65%), mainly due to non-tumoral bleedings, leading to many negative (without tumors) colonoscopies. The use of an economic and easy-to-use method to check FIT-positives would improve effectiveness of the screening, reducing also the costs for National Health Service. This work shows the outcomes of the clinical validation protocol, started in 2016, of a patented device composed by a core of nanostructured gas sensors. This device, SCENT A1, was designed to identify the presence of CRC and pre-cancerous lesions by detecting the fecal volatile organic compounds (VOCs), with a non-invasive, in-vitro and low-cost analysis. Feces are, in fact, affected by tumor volatile biomarkers, produced by cellular peroxidation and metabolic alterations. The clinical validation protocol consisted in the analysis, with SCENT A1, of fecal samples of FIT-positive subjects, using colonoscopy as a gold-standard. A total of 398 samples has been analyzed by means SCENT A1 and with advanced machine learning techniques (PCA e SVM). The samples were initially analyzed by dividing them into two macro-categories according to their health: healthy (individuals without any type of tumor lesion) and sick (individuals with high and low risk adenomas and/or carcinomas) obtaining sensitivity and specificity respectively 84.1% and 82.4%. The extrapolated VPPs and VPNs were 72% and 91% respectively. Subsequently, these samples were analyzed by dividing them into three categories: healthy, low risk adenomas, high risk adenomas and carcinomas and obtaining a sensitivity and specificity of 80.2% and 94.4% respectively. Extrapolated VPPs and VPNs were 78% and 95% respectively. A multicenter study will be performed in 2020, to assess the accuracy of the test on a population basis.

Lo screening è raccomandato per ridurre sia l'incidenza che la mortalità del carcinoma del colon-retto (CCR). Attualmente, molti Paesi organizzano programmi di screening della popolazione basati sull'analisi del sangue occulto nelle feci (FOBT). In Emilia-Romagna (Italia), dal 2005, la versione immunochimica del FOBT (FIT) viene eseguita ogni due anni su persone di età compresa tra 50 e 69 anni. Quindi, la colonscopia viene eseguita sui positivi al FIT. Sfortunatamente, il FIT mostra un numero elevato di falsi positivi (circa il 65%), principalmente a causa di sanguinamenti di origine non tumorale, che portano a molte colonscopie negative (senza tumori). L'introduzione di un metodo economico e di facile utilizzo per verificare i positivi FIT migliorerebbe l'efficacia dello screening, riducendo anche i costi per il Servizio Sanitario Nazionale. Questa tesi mostra i risultati del protocollo di validazione clinica, iniziato nel 2016, di un dispositivo brevettato composto da un array di sensori di gas nanostrutturati. Questo dispositivo, detto SCENT A1, è stato progettato per identificare la presenza di CCR e di lesioni pre-cancesorse mediante la rivelazione di composti organici volatili (VOC) fecali, con un'analisi non invasiva, in vitro e a basso costo. Le feci sono, infatti, contaminate da questi biomarcatori volatili del tumore, prodotti dalla perossidazione cellulare e dalle alterazioni metaboliche delle cellule. Il protocollo di validazione clinica prevedeva l'analisi, con SCENT A1, di campioni fecali di soggetti FIT positivi allo screening di prevenzione, e l’utilizzo della colonscopia come gold-standard. Un totale di 398 campioni sono stati analizzati con SCENT A1 e con tecniche avanzate di apprendimento automatico (SVM e PCA). Inizialmente i campioni sono stati analizzati dividendoli in due macrocategorie a seconda dello stato di salute: sani (individui senza alcun tipo di lesione tumorale) e malati (individui affetti da adenomi ad alto e basso rischio e/o carcinomi) ottenendo una sensibilità e specificità rispettivamente dell'84,1% e dell'82,4%. I VPP e VPN estrapolati sono risultati rispettivamente del 72% e del 91%. Successivamente tali campioni sono stati analizzati dividendoli in tre categorie: sani, adenomi a basso rischio, adenomi ad alto rischio e carcinomi e ottenendo una sensibilità e specificità rispettivamente dell’80,2% e del 94,4%. I VPP e VPN estrapolati estrapolati sono risultati rispettivamente del 78% e del 95%. Nel 2020 verrà effettuato uno studio multicentrico per valutare l'accuratezza del test su base demografica.