Trovare modi per diagnosticare precocemente il cancro potrebbe migliorare notevolmente le possibilità di sopravvivenza per molti pazienti. Un modo per farlo è cercare proteine ​​specifiche secrete dalle cellule cancerose, che circolano nel flusso sanguigno. Però, la quantità di questi biomarcatori è così bassa che la loro rilevazione si è rivelata difficile.

Una nuova tecnologia sviluppata al MIT può aiutare a rendere molto più facile il rilevamento dei biomarcatori. I ricercatori, guidato da Sangeeta Bhatia, hanno sviluppato nanoparticelle che possono ospitare un tumore e interagire con le proteine ​​del cancro per produrre migliaia di biomarcatori, che può quindi essere facilmente rilevato nelle urine del paziente.

Questo sistema di amplificazione dei biomarcatori potrebbe anche essere utilizzato per monitorare la progressione della malattia e monitorare come i tumori rispondono al trattamento, dice Bhatia, il John e Dorothy Wilson Professore di Scienze e Tecnologia della Salute e Ingegneria Elettrica e Informatica al MIT.

"C'è una disperata ricerca di biomarcatori, per la diagnosi precoce o la prognosi della malattia, o guardando come il corpo risponde alla terapia, "dice Bhatia, che è anche membro del David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT. Aggiunge che la ricerca è stata complicata perché gli studi genomici hanno rivelato che molti tumori, come il cancro al seno, sono in realtà gruppi di diverse malattie con diverse firme genetiche.

Il team del MIT, lavorando con i ricercatori del Beth Israel Deaconess Medical Center, descrisse la nuova tecnologia in un articolo apparso in Biotecnologie naturali il 16 dicembre. L'autore principale dell'articolo è Gabriel Kwong, un postdoc presso l'Institute for Medical Engineering and Science del MIT e il Koch Institute.

Amplificazione dei segnali del cancro

Le cellule cancerose producono molte proteine ​​che non si trovano nelle cellule sane. Però, queste proteine ​​sono spesso così diluite nel flusso sanguigno che sono quasi impossibili da identificare. Un recente studio dei ricercatori della Stanford University ha scoperto che anche utilizzando i migliori biomarcatori esistenti per il cancro ovarico, e la migliore tecnologia per rilevarli, un tumore ovarico non sarebbe stato trovato fino a 8-10 anni dopo la sua formazione.

"La cellula sta producendo biomarcatori, ma ha una capacità produttiva limitata, "Bhatia dice. "È stato allora che abbiamo avuto questo momento 'aha':e se potessi fornire qualcosa che potrebbe amplificare quel segnale?"

per caso, Il laboratorio di Bhatia stava già lavorando su nanoparticelle che potrebbero essere utilizzate per rilevare i biomarcatori del cancro. Originariamente inteso come agenti di imaging per i tumori, le particelle interagiscono con enzimi noti come proteasi, che scindono le proteine ​​in frammenti più piccoli.

Le cellule cancerose spesso producono grandi quantità di proteasi note come MMP. Queste proteasi aiutano le cellule tumorali a sfuggire alle loro posizioni originali e a diffondersi in modo incontrollabile tagliando le proteine ​​della matrice extracellulare, che normalmente mantiene le cellule in posizione.

I ricercatori hanno rivestito le loro nanoparticelle con peptidi (brevi frammenti proteici) presi di mira da molte delle proteasi MMP. Le nanoparticelle trattate si accumulano nei siti tumorali, facendosi strada attraverso i vasi sanguigni che perdono che tipicamente circondano i tumori. Là, le proteasi scindono centinaia di peptidi dalle nanoparticelle, rilasciandoli nel flusso sanguigno.

I peptidi si accumulano rapidamente nei reni e vengono escreti nelle urine, dove possono essere rilevati mediante spettrometria di massa.

Questo nuovo sistema è un approccio entusiasmante per superare il problema della scarsità di biomarcatori nel corpo, dice Sanjiv Gambhir, presidente del Dipartimento di Radiologia presso la Stanford University School of Medicine. "Invece di dipendere dal corpo per eliminare naturalmente i biomarcatori, stai campionando il sito di interesse e causando il rilascio di biomarcatori che hai progettato, "dice Gambhir, che non faceva parte del gruppo di ricerca.

Firme distintive

Per rendere le letture dei biomarcatori il più precise possibile, i ricercatori hanno progettato le loro particelle per esprimere 10 diversi peptidi, ognuna delle quali viene scissa da una diversa delle dozzine di proteasi MMP. Ciascuno di questi peptidi ha una dimensione diversa, permettendo di distinguerli con la spettrometria di massa. Ciò dovrebbe consentire ai ricercatori di identificare firme distinte associate a diversi tipi di tumori.

In questo studio, i ricercatori hanno testato la capacità delle loro nanoparticelle di rilevare le prime fasi del cancro del colon-retto nei topi, e per monitorare la progressione della fibrosi epatica.

La fibrosi epatica è un accumulo di cicatrici in risposta a lesioni epatiche o malattie epatiche croniche. I pazienti con questa condizione devono essere regolarmente monitorati mediante biopsia, che è costoso e invasivo, per assicurarsi che stiano ricevendo il giusto trattamento. Nei topi, i ricercatori hanno scoperto che le nanoparticelle potrebbero offrire un feedback molto più rapido rispetto alle biopsie.

Hanno anche scoperto che le nanoparticelle potrebbero rivelare con precisione la formazione precoce dei tumori del colon-retto. Negli studi in corso, il team sta studiando la capacità delle particelle di misurare la risposta del tumore alla chemioterapia e di rilevare le metastasi.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health e dal Kathy and Curt Marble Cancer Research Fund.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.