Cnr-Nanotec, Tecnomed Puglia, UniSalento e Asl Lecce testano tumorsfere 3D per prevedere in vitro la risposta ai farmaci chemioterapici
di Antonio Portolano
Una piattaforma di laboratorio capace di riprodurre il tumore del pancreas di ciascun paziente e di misurare in tempo reale la risposta delle cellule ai farmaci chemioterapici. È il risultato dello studio realizzato da Cnr-Nanotec, Tecnomed Puglia, Università del Salento e Asl Lecce, sperimentato su campioni tumorali prelevati da cinque pazienti sottoposti a intervento chirurgico.
La tecnologia combina modelli tridimensionali derivati direttamente dai tessuti dei pazienti con minuscoli sensori ottici. L’obiettivo è individuare precocemente quale trattamento possa risultare più efficace sul singolo tumore, aprendo una prospettiva di particolare interesse per la medicina di precisione.
Lo studio, dal titolo «Sensing-Integrated Patient-Derived Tumorspheres Predict Chemotherapeutic Efficacy via Local Extracellular pH Dynamics», è stato pubblicato sulla rivista scientifica internazionale Small.
Un modello del tumore costruito dalle cellule del paziente
Il tumore del pancreas è tra le neoplasie più difficili da trattare. La sopravvivenza a cinque anni resta molto bassa e la risposta ai farmaci può cambiare significativamente da un paziente all’altro, mentre le terapie possono determinare effetti collaterali importanti.
Per questa ragione, riuscire a comprendere in anticipo quale trattamento possa funzionare meglio per il singolo paziente rappresenta una delle sfide principali della medicina personalizzata.
Il gruppo di ricerca dell’Istituto di Nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche di Lecce – Cnr-Nanotec, insieme a Tecnomed Puglia, Università del Salento e Asl Lecce, ha affrontato il problema partendo direttamente dal tessuto tumorale dei pazienti.
Sono stati utilizzati campioni provenienti da cinque persone operate per tumore del pancreas. I tessuti sono stati dissociati fino a ottenere singole cellule, successivamente incapsulate in minuscole sfere tridimensionali di gel, definite tumorsfere e sviluppate dallo stesso gruppo di ricerca.
All’interno di questi modelli sono stati integrati particolari sensori ottici in grado di rilevare le variazioni di acidità nello spazio circostante ciascuna cellula. Il monitoraggio può avvenire in tempo reale e senza la necessità di effettuare ulteriori prelievi.
Tre trattamenti messi alla prova sulle tumorsfere
Le tumorsfere ottenute dai tessuti dei singoli pazienti sono state sottoposte a tre trattamenti utilizzati contro il tumore del pancreas: il protocollo FOLFIRINOX e i principi attivi Gemcitabina e Paclitaxel.
A spiegare il funzionamento della sperimentazione è Loretta L. del Mercato, Dirigente di Ricerca di Cnr-Nanotec e di Tecnomed Puglia: «Le tumorsfere sono state quindi esposte a tre farmaci utilizzati nel trattamento del tumore del pancreas: il protocollo FOLFIRINOX e i principi attivi Gemcitabina e Paclitaxel».
Le misurazioni hanno evidenziato comportamenti differenti sia in relazione al paziente sia rispetto al farmaco impiegato. Un elemento centrale perché proprio queste variazioni possono offrire indicazioni sulla risposta delle cellule tumorali alla terapia.
Loretta L. del Mercato aggiunge: «Le variazioni di acidità misurate durante il trattamento sono risultate differenti, in funzione sia del paziente sia del farmaco, e sono state associate alla risposta delle cellule tumorali al trattamento, fornendo un’indicazione precoce della risposta ai farmaci».
Sensori ottici per osservare la risposta cellula per cellula
La piattaforma integra sensing, imaging avanzato e tessuti complessi provenienti direttamente dai pazienti. I sensori vengono osservati al microscopio mentre il modello tridimensionale del tumore è esposto ai trattamenti.
Il parametro seguito dai ricercatori è la variazione dell’acidità locale extracellulare. In questo modo è possibile analizzare come le singole cellule reagiscono alla somministrazione del farmaco e confrontare le differenti risposte ottenute dalle tumorsfere costruite a partire dai diversi pazienti.
«Minuscoli sensori ottici, osservati al microscopio in tempo reale, ci permettono di misurare cellula per cellula come il tumore di ciascun paziente, riprodotto in modelli 3D in vitro, reagisce a un farmaco in laboratorio, avvicinando la ricerca alle esigenze specifiche di ogni singolo malato», prosegue Loretta L. del Mercato.
La caratteristica della piattaforma è dunque quella di utilizzare materiale biologico proveniente dal singolo paziente per ottenere un modello sperimentale del suo tumore e osservare direttamente in laboratorio la reazione ai trattamenti.
Risultati coerenti con quattro pazienti su cinque
Il primo confronto tra le indicazioni ottenute dalle tumorsfere e l’effettivo andamento clinico dei pazienti ha prodotto un risultato considerato incoraggiante dai ricercatori.
Le previsioni formulate attraverso il modello sperimentale sono risultate coerenti con quanto osservato clinicamente in quattro pazienti su cinque.
Un dato ancora riferito a un campione preclinico limitato, ma che indica la possibilità di sviluppare uno strumento capace, in prospettiva, di affiancare i medici nella valutazione delle terapie.
Marcello G. Spampinato, Direttore del Dipartimento di Chirurgia generale e Specialistiche della Asl Lecce, sottolinea la differenza rispetto ai tempi necessari per valutare normalmente l’efficacia di una cura: «Nella pratica clinica scopriamo se una terapia funziona solo dopo settimane o mesi. In questo studio le previsioni ottenute in laboratorio dalle tumorsfere sono risultate coerenti con l’andamento clinico reale in quattro pazienti su cinque, un primo segnale incoraggiante verso terapie più personalizzate».
La possibilità di ricavare indicazioni sulla sensibilità del tumore ai diversi farmaci prima di osservare gli effetti del trattamento sul paziente rappresenta il principale elemento di interesse del progetto.
La collaborazione tra ricerca e attività clinica
Lo studio mette insieme competenze nanotecnologiche, ricerca biomedica e attività clinica. Un’integrazione resa possibile dalla collaborazione tra Cnr-Nanotec, Università del Salento, Tecnomed Puglia e Asl Lecce.
Tecnomed Puglia è il centro congiunto tra Consiglio nazionale delle ricerche e Università del Salento dedicato alla medicina di precisione. In questo progetto rappresenta il punto di connessione tra ricerca di base e applicazione clinica.
L’approccio seguito consente infatti di partire direttamente dal tessuto tumorale del paziente, trasformarlo in un modello tridimensionale sperimentale e utilizzare sistemi di rilevazione avanzati per studiarne il comportamento durante l’esposizione ai farmaci.
Si tratta quindi di un percorso che avvicina laboratorio e cura del paziente, facendo convergere ricerca traslazionale, nanotecnologie e medicina clinica.
Prospettive e sviluppo
Il passo successivo sarà verificare la piattaforma su una popolazione di pazienti più ampia. La sperimentazione condotta finora rappresenta infatti una prima valutazione preclinica e dovrà essere ulteriormente validata prima di poter stabilire se la tecnologia possa diventare uno strumento utilizzabile a supporto delle scelte terapeutiche.
Giuseppe Gigli, Direttore Scientifico di Tecnomed Puglia, indica con chiarezza la prospettiva della ricerca: «Questo risultato nasce dalla stretta collaborazione tra ricerca traslazionale di base e clinica resa possibile da Tecnomed Puglia, il centro congiunto Cnr-Università del Salento per la medicina di precisione, insieme all’Asl di Lecce. Il prossimo obiettivo è validare la piattaforma su un numero più ampio di pazienti, per capire se potrà diventare in futuro uno strumento concreto di supporto alle decisioni terapeutiche nei tumori più difficili da trattare».
La direzione è quella della medicina di precisione: utilizzare le caratteristiche biologiche del tumore del singolo paziente per ottenere indicazioni più specifiche sulla possibile risposta ai trattamenti. Nel caso del tumore del pancreas, una patologia nella quale l’efficacia delle terapie può variare sensibilmente da persona a persona, poter disporre di informazioni precoci sulla risposta ai farmaci rappresenterebbe un passaggio di particolare rilievo.
La piattaforma sviluppata a Lecce punta proprio a questo: costruire in laboratorio una rappresentazione tridimensionale del tumore del paziente e usare sensori intelligenti per osservare, cellula per cellula, ciò che accade quando viene somministrato un farmaco. Il prossimo banco di prova sarà l’ampliamento della sperimentazione.