La biopsia liquida per la diagnosi precoce del tumore al colon-retto

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Un nuovo metodo di biopsia liquida è in grado di identificare il DNA associato alle cellule del cancro del colon-retto che, oltre a consentire una precoce diagnosi del tumore, è destinato a migliorare il monitoraggio della sua evoluzione, ottimizzando la selezione dei trattamenti

Nell’ampio ed articolato contesto della lotta contro i tumori, è sempre più avvertita l’esigenza di pervenire a diagnosi tempestive.

Una delle neoplasie maggiormente interessate da tale urgente necessità – in considerazione della sua drammatica incidenza – è il tumore al colon-retto, in merito al quale i principali strumenti di analisi a disposizione (analisi del sangue occulto nelle feci e altri test avanzati sul materiale fecale) sono praticati con scarsa capillarità nella popolazione, anche a causa di resistenze psicologiche al campionamento e di una rilevante percentuale di falsi negativi e falsi positivi (circostanza che rende necessarie successive analisi di conferma, come la colonscopia).

Uno dei più significativi e promettenti progressi compiuti in anni recenti nel campo della diagnosi precoce di alcuni tumori – tra i quali, appunto, il cancro del colon-retto – è rappresentato dalla possibilità di pervenire ad una diagnosi oncologica mediante la biopsia liquida, un particolare esame che utilizza soltanto il sangue prelevato dal paziente e non più i frammenti di tessuti prelevati dalla massa neoplastica (sovente a costo di procedure chirurgiche assai invasive).

L’espressione “biopsia liquida” si riferisce all’utilizzo di fluidi biologici come surrogato al tessuto neoplastico, per ricavare informazioni utili ai fini diagnostici, prognostici o per predire la risposta ai trattamenti con terapie a bersaglio molecolare. L’analisi del DNA tumorale circolante (Circulating Tumor DNA) – che rappresenta una frazione del DNA libero circolante (Cell Free DNA) isolato dal sangue periferico (principalmente plasma) – costituisce il principale approccio di biopsia liquida impiegato nella pratica clinica.

In effetti, nel sangue sono presenti le tracce molecolari del tumore, la cui identificazione consente di diagnosticare la malattia e di definire la più efficace terapia farmacologica.

La biopsia liquida consente un effettivo monitoraggio del paziente oncologico durante l’intero decorso della malattia, attraverso il continuo aggiornamento – tramite periodici prelievi ed analisi del sangue – delle caratteristiche molecolari del tumore; e questo consente di variare tempestivamente il trattamento terapeutico.

Nella corsa contro il tempo quale è la lotta contro questo tumore (quasi sempre curabile e guaribile, se diagnosticato in tempo), la biopsia liquida potrebbe segnare – nell’ambito dei programmi di screening – un decisivo punto di svolta, se solo fosse impiegata in modo capillare sui soggetti a rischio e, nel prossimo futuro, sulla popolazione in generale.

Quanto finora esposto è stato dimostrato da uno studio collaborativo condotto presso l’Istituto Tumori Regina Elena di Roma (con la partecipazione del Gruppo Eurofins Genoma) – pubblicato sulla rivista “Journal of Experimental & Clinical Cancer Research” – su pazienti affetti da tumore al colon-retto.

Il team di ricercatori è riuscito a individuare minuscole quantità di DNA libero circolante rilasciato nel sangue dal tumore (in quantità anche 500 volte minori di quelle riscontrabili in pazienti con tumori avanzati).

Questo studio ha dimostrato che la biopsia liquida è in grado di evidenziare la presenza di tumori relativamente piccoli, fino a un minimo di 3 cm di diametro in quasi i 2/3 dei pazienti.

Inoltre, è stata dimostrata l’utilità della biopsia liquida nel follow-up post operatorio; infatti, in diversi casi può ancora risultare in qualche paziente appena operato la presenza di un piccolo focolaio di malattia residua, impossibile da individuare anche mediante TAC e PET.

In queste situazioni, la biopsia liquida può consentire l’individuazione dei pazienti che mostrano persistenza di alterazioni tumorali nel sangue; trattasi proprio di quei malati oncologici che tendono ad avere un decorso meno favorevole, con recidive o metastasi precoci.

Dunque, secondo questo studio la biopsia liquida può fornire risposte complementari a quelle rese dagli altri test biologici, così integrando e migliorando i protocolli diagnostici.

Va pure evidenziato che un’analisi del sangue può essere integrata in check-up genomici ad ampio raggio, in grado di svelare diversi tipi di tumore. Infatti, le alterazioni genomiche costituiscono un “marker” molto più selettivo per il tumore rispetto alle alterazioni generiche del DNA o di altri “biomarkers” (come quelle attualmente ricercate nelle feci).

La biopsia liquida sta diventando un supporto sempre più valido per la definizione delle terapie più opportune contro il cancro di ciascun paziente.

Un semplice prelievo di sangue (per altro, ripetibile nel tempo) consente – grazie all’impiego di tecnologie di avanguardia – di rintracciare il DNA del tumore e caratterizzarlo. Tra i vari vantaggi apportati, questo potente strumento può consentire di individuare la presenza di particolari mutazioni genetiche che suggeriscono l’impiego di farmaci specifici come quelli a bersaglio molecolare, verificare la comparsa di metastasi (e le loro eventuali caratteristiche), monitorare nel tempo l’andamento del tumore (verificando in tal modo l’efficacia della terapia o la presenza di resistenze).

In tempi ancor più recenti, nell’ambito del progetto ULTRAPLACAD (ULTRAsensitive PLAsmonic devices for early CAncer Diagnosis) inserito in HORIZON 2020 (Programma Quadro dell’Unione Europea per la ricerca e l’innovazione), un team di ricercatori italiani dell’Università di Catania, dell’Istituto Nazionale Tumori Regina Elena di Roma e dell’Università di Parma ha messo a punto un sistema ancor più evoluto di biopsia liquida – illustrato in un articolo pubblicato su Biosensors and Bioelectronics, autorevole rivista scientifica internazionale nel settore della chimica analitica e nel settore delle biotecnologie – che consente di effettuare diagnosi e di monitorare l’andamento del tumore in modo molto più semplice e meno invasivo.

Per la diagnosi precoce del tumore al colon-retto è stato messo a punto il “Surface Plasmon Resonance Imaging”, un metodo di rilevazione che viene combinato con l’uso di nanoparticelle metalliche funzionalizzate e di PNA [1] (molecole simili al DNA sintetizzate in laboratorio). L’approccio di questa innovativa tecnica si fonda sull’analisi molecolare del sangue periferico, consentendo di identificare in modo non invasivo e altamente sensibile i biomarcatori di tale insidiosissimo tumore.

Entrando nel dettaglio, è stato messo a punto un biosensore plasmonico integrato ad un circuito microfluidico e a nanostrutture funzionalizzate per la rilevazione ultrasensibile di mutazioni puntiformi presenti nella sequenza del “gene kras”, riconosciuto come target molecolare circolante nel sangue periferico di pazienti sospetti o già affetti da tumore a colon-retto, superando ostacoli e limitazioni delle tecniche diagnostiche attualmente disponibili, in quanto la nuova tecnica non ha richiesto l’uso di marcatori fluorescenti né di protocolli di amplificazione della sequenza di DNA da identificare.

Tale innovativa procedura diagnostica sfrutta le proprietà della “nanofotonica” (una branca dell’ottica che studia i fenomeni di interazione della luce con le nano-strutture) per individuare il DNA associato alle cellule del tumore utilizzando un volume di plasma ricavato dal sangue del paziente corrispondente a soli 0,04 millilitri, praticamente una piccola goccia di sangue.

Inoltre, il metodo rende molto più semplici, veloci ed economiche le procedure di trattamento del campione di sangue prima dell’analisi, rispetto a quanto previsto dagli attuali protocolli di trattamento (e dalle tecnologie in uso per l’analisi molecolare di biopsie liquide) che necessitano invece di alcuni millilitri di sangue prelevato dal paziente portatore di tumore.

Questa nuova procedura è stata testata sul plasma di pazienti affetti da tumore del colon-retto e sul plasma di donatori sani, consentendo – in tal modo – di distinguere il DNA mutato degli individui ammalati rispetto al DNA normale degli individui sani. Tale sistema può essere adoperato con frequenza ed anche su pazienti assai deboli e fragili, sia per la diagnosi del tumore che per il monitoraggio della sua evoluzione in modo da consentire una migliore selezione dei trattamenti.

La scoperta di mutazioni genomiche nei biomarcatori tumorali circolanti costituisce un incentivo allo sviluppo di piattaforme molecolari in grado di analizzare biomolecole di interesse direttamente nel sangue periferico dei pazienti allo stadio iniziale del tumore al colon-retto.

Oltre ad implicare una procedura diagnostica meno invasiva rispetto alla colonscopia, il nuovo approccio è destinato a favorire un miglioramento delle attività di controllo clinico post-operatorie e successive ai trattamenti farmacologici, consentendo la definizione di un nuovo modello tecnologico in ambito clinico.

Nel prossimo futuro, il panorama della diagnosi precoce dei tumori del colon-retto è destinato a cambiare rapidamente, grazie anche all’apporto di modalità sempre più avanzate di biopsia liquida. Un numero sempre più alto di tumori sarà trattato chirurgicamente allo stato iniziale, permettendo cure radicali e definitive, mentre per i tumori in fase avanzata saranno possibili cure sempre più efficaci.

[1] Il PNA (Peptide Nucleic Acid, ossia Acido Peptidonucleico) è un polimero organico simile al DNA e all’RNA, ma differente da essi nella composizione dello scheletro. Non è presente in natura, ma viene sintetizzato artificialmente ed usato in ricerche biologiche e trattamenti medici.

Avv. Michele Ametrano

Fonti:

  • Antonio Russo, Antonio Giordano, Christian Rolfo – “Liquid Biopsy in Cancer Patients: The Hand Lens for Tumor Evolution” (Springer International Publishing 2017)
  • Marco Russano, Andrea Napolitano, Giulia Ribelli, Michele Iuliani, Sonia Simonetti, Fabrizio Citarella, Francesco Pantano, Emanuela Dell’Aquila, Cecilia Anesi, Nicola Silvestris, Antonella Argentiero, Antonio Giovanni Solimando, Bruno Vincenzi, Giuseppe Tonini, Daniele Santini – “Liquid biopsy and tumor heterogeneity in metastatic solid tumors: the potentiality of blood samples” in Journal of Experimental & Clinical Cancer Research (2020). Link: https://jeccr.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13046-020-01601-2
  • Roberta D’Agata, Noemi Bellassai, Matteo Allegretti, Andrea Rozzi, Sasa Korom, Alex Manicardi, Elisa Melucci, Edoardo Pescarmona, Roberto Corradini, Patrizio Giacomini, Giuseppe Spoto – “Direct plasmonic detection of circulating RAS mutated DNA in colorectal cancer patients” in Biosensors & Bioelectronics (2020). Link: https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112648

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