Biomarcatori per la diagnosi precoce del carcinoma mammario
Se i tumori al seno vengono diagnosticati in fase precoce, i tassi di sopravvivenza possono aumentare notevolmente. Un biomarcatore emergente per la biopsia liquida dei carcinomi è rappresentato dalle vescicole extracellulari (VE) come gli esosomi, ovvero particelle secrete dalle cellule nei fluidi corporei. Sebbene alcuni studi abbiano dimostrato che le VE circolanti nel sangue trasportano informazioni molecolari provenienti dalle loro cellule di origine, comprese le cellule cancerose, una delle principali sfide rimane quella di riuscire a estrarre tali informazioni in modo affidabile. «Le VE sono estremamente piccole ed eterogenee, per cui isolare e caratterizzare le vescicole rilevanti per la malattia da campioni complessi come il sangue può essere difficile e dispendioso in termini di tempo», afferma Uğur Aygün, ricercatore presso l’Università Koç(si apre in una nuova finestra) in Turchia. Attraverso il progetto EXCEED, finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), Aygün e i suoi colleghi, tra cui Hakan Ürey(si apre in una nuova finestra) e Utkan Demirci(si apre in una nuova finestra), si sono concentrati su questo collo di bottiglia analitico sviluppando nuovi approcci per realizzare una caratterizzazione sensibile, senza marcatori e a singola particella delle VE.
Creare una nuova pipeline analitica per le VE
Nell’ambito di EXCEED, il team ha sviluppato una nuova pipeline analitica che combina ExoTIC(si apre in una nuova finestra), una tecnologia microfluidica di isolamento delle VE sviluppata nel laboratorio di Demirci presso l’Università di Stanford, con un sistema di immaginografia realizzato su misura in grado di caratterizzare singole particelle. Il sistema di imaging utilizza la luce diffusa e quella riflessa per rilevare singole vescicole su scala nanometrica, consentendo pertanto di individuarle senza marcatori fluorescenti. Il team ha integrato questo approccio con un’altra tecnica, denominata spettroscopia Raman amplificata da superfici (SERS, Surface-enhanced Raman spectroscopy), per raccogliere informazioni chimiche dalle VE. La piattaforma è stata valutata utilizzando nanoparticelle di riferimento e VE provenienti da modelli cellulari tumorali e non, nonché campioni di origine clinica. «In tal modo abbiamo potuto studiare sia le caratteristiche fisiche che quelle chimiche di queste vescicole su scala nanometrica e di esplorare il più ampio potenziale di questo approccio per la biopsia liquida correlata al cancro», spiega Aygün.
Dimostrare la tecnica di rilevamento senza marcatori
Uno dei risultati più importanti del progetto è stata la dimostrazione della tecnica di rilevamento e caratterizzazione senza marcatori di singole VE, di dimensioni minime pari a 30 nm, in un campo visivo relativamente ampio. «Ciò consente l’analisi simultanea di numerose singole vescicole», osserva Aygün. Il team ha inoltre dimostrato la capacità di rilevare e caratterizzare VE specifiche rilevanti per il cancro e ne ha esplorato la più vasta applicabilità utilizzando campioni provenienti da altri tipi di tumore. Parallelamente, l’équipe ha sviluppato approcci di apprendimento automatico per differenziare le nanoparticelle in base alle loro proprietà ottiche e fisiche. I risultati dimostrano il più ampio potenziale della piattaforma di combinare informazioni fisiche, chimiche e computazionali per un’analisi dettagliata di popolazioni eterogenee di VE.
Estendere i biomarcatori delle VE oltre il cancro al seno
«Ritengo che le VE dispongano di un potenziale significativo come biomarcatori non solo per il cancro al seno, ma per molte patologie, poiché trasportano informazioni molecolari che riflettono le cellule e i tessuti da cui hanno origine», aggiunge Aygün. Sebbene le VE non siano ancora utilizzate di routine nelle analisi del sangue in ambito clinico, l’esperto afferma che tecnologie come quelle sviluppate nel quadro di EXCEED possono contribuire a colmare tale divario e potrebbero essere sempre più utilizzate nei sistemi sanitari europei in futuro. «Inizialmente, queste piattaforme possono consentire ai ricercatori di identificare e convalidare le firme delle VE associate alle malattie che oggi sono tuttora difficili da individuare», osserva. «A lungo termine, le firme validate potrebbero costituire la base di analisi del sangue mininvasive per il monitoraggio della risposta al trattamento, della progressione e della recidiva della malattia, nonché per una potenziale diagnosi precoce». Nel corso del progetto, il team si è reso conto che le stesse tecnologie potrebbero essere utili non solo per lo studio delle VE in diverse patologie, ma anche per la caratterizzazione di altre nanoparticelle biologiche, inclusi virus e nanoparticelle rilevanti per lo sviluppo di vaccini. «In definitiva, mi piacerebbe vedere queste tecnologie uscire dai laboratori di ricerca e diventare strumenti pratici utilizzabili da ricercatori e medici per la scoperta di biomarcatori e, infine, per la diagnostica basata sull’analisi del sangue», conclude il ricercatore.
