Si prevede che il cancro al pancreas diventerà il secondo cancro più mortale negli Stati Uniti entro il 2030. È difficile da curare perché di solito non viene scoperto fino a quando non ha raggiunto uno stadio avanzato. Ma un nuovo test diagnostico sviluppato dai ricercatori della UC San Diego mostra la promessa di rilevare la malattia in anticipo.

La prova, che è in fase di proof-of-concept, può schermare rapidamente una goccia di sangue per i biomarcatori del cancro del pancreas. Può fornire risultati in meno di un'ora. I risultati sono stati pubblicati di recente sulla rivista ACS Nano .

"Un passo importante per poter curare malattie che nascono dal nulla, come il cancro al pancreas, è la diagnosi precoce, " ha detto il primo autore Jean Lewis, un assistente scienziato del progetto presso il Dipartimento di Nanoingegneria dell'UC San Diego. "Prevediamo che in futuro, i medici potrebbero eseguire questo tipo di test usando un rapido dito per diagnosticare i pazienti che potrebbero non sapere ancora di avere la malattia".

Esami del sangue per la diagnosi precoce del cancro, note come biopsie liquide, sono un tema caldo nella ricerca. Hanno il potenziale per rilevare precocemente il cancro senza dover eseguire procedure chirurgiche invasive come le biopsie tumorali. Per lo screening del cancro del pancreas nel sangue, i ricercatori stanno sviluppando nuovi metodi che comportano la raccolta e l'analisi di strutture biologiche di dimensioni nanometriche chiamate esosomi, che vengono rilasciati da tutte le cellule del corpo, comprese le cellule cancerose. Gli esosomi contengono proteine ​​e materiale genetico che possono fungere da biomarcatori per rilevare i tumori.

Ma poiché gli esosomi sono così piccoli e fragili, sono difficili da isolare dal sangue. I metodi attuali per estrarre gli esosomi richiedono molto tempo e richiedono che i campioni di sangue vengano pretrattati o diluiti prima dell'uso.

Il test sviluppato dai ricercatori della UC San Diego utilizza un sistema elettronico basato su chip per estrarre gli esosomi direttamente dal sangue in pochi minuti. "Possiamo usare solo una goccia di sangue così com'è, non è richiesta alcuna elaborazione aggiuntiva, " ha detto Lewis. "Possiamo anche analizzare gli esosomi proprio lì sul posto e mostrare se portano qualcuno dei biomarcatori del cancro che stiamo cercando".

Lewis ha lavorato a questo progetto come parte di una collaborazione interdisciplinare tra ricercatori di nanotecnologia presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego e medici presso il Moores Cancer Center presso la UC San Diego Health. La collaborazione è guidata da Michael Heller, professore emerito di nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering, che ora è al Knight Cancer Institute dell'Oregon Health &Science University.

"La novità di questo lavoro è che unisce essenzialmente tutto il complesso, lunghe fasi di preparazione del campione, isolamento dell'esosoma e interpretazione del test finale richiesti da altre piattaforme in un unico dispositivo "campione-risposta" senza soluzione di continuità, " ha affermato Heller. "Abbiamo sviluppato una piattaforma prototipo che ha il potenziale per tradursi in un palmare, dispositivo di test point of care rapido e relativamente economico per il cancro del pancreas."

Ci vuole solo una goccia

La prova è semplice. Applicare una goccia di sangue su un piccolo chip elettronico, accendi la corrente, aspetta qualche minuto, aggiungere etichette fluorescenti e guardare i risultati al microscopio. Se un campione di sangue risulta positivo al cancro al pancreas, appariranno cerchi luminosi fluorescenti.

"Questo test potrebbe essere utilizzato come strategia di screening primaria per identificare i pazienti che in seguito avrebbero bisogno di sottoporsi a metodi diagnostici più costosi e invasivi come una TAC, risonanza magnetica o endoscopia, " ha detto la dottoressa Rebekah White, oncologo chirurgico e professore associato di chirurgia presso il Moores Cancer Center.

Il chip utilizzato in questo test funziona applicando una corrente elettrica alternata, che estrae selettivamente particelle di dimensioni nanometriche come gli esosomi dal sangue e le deposita su minuscoli elettrodi sulla superficie del chip. Le particelle di sangue più grandi vengono lavate via mentre quelle più piccole come gli esosomi vengono lasciate indietro. I ricercatori applicano quindi anticorpi marcati con fluorescenza che prendono di mira specificamente due biomarcatori proteici per il cancro del pancreas:glipicano-1 e CD63. Se questi biomarcatori sono presenti, cerchi colorati in cui si legano gli anticorpi possono essere visti al microscopio, indicando un risultato positivo. L'intero processo può essere eseguito in meno di un'ora.

Finora, il team ha testato questo sistema solo su un piccolo campione di pazienti. In uno studio di validazione iniziale su un gruppo di 31 pazienti, il chip è stato in grado di contrassegnare i campioni di sangue di 20 pazienti con cancro al pancreas da quelli di 11 pazienti senza cancro.

Lavorare per la diagnosi precoce

Il team avverte che i livelli di biomarcatori esaminati in questo studio potrebbero non rappresentare quelli nel cancro in fase iniziale. "Quanto sono piccoli questi livelli di biomarcatori tra il cancro allo stadio 0 e allo stadio 1? E come possiamo rendere la nostra tecnologia abbastanza sensibile da rilevare queste quantità? Stiamo facendo ulteriori ricerche per ottenere una buona gestione su queste domande, " disse Heller.

I prossimi passi includono anche studi su un campione più ampio, screening di più campioni da pazienti in vari stadi di cancro, e l'ottimizzazione e la convalida di questa tecnologia per la diagnosi precoce del cancro. "Una sfida nel fare questi studi è ottenere campioni di sangue in fase iniziale, quando i pazienti non sanno nemmeno di avere ancora la malattia, " ha detto Lewis.

"Il lavoro futuro comporterebbe l'ottenimento di campioni di sangue da pazienti che hanno fattori di rischio elevati per il cancro del pancreas:diabete di nuova insorgenza o una storia familiare di esso, fumo o obesità e continuare a prelevare il sangue per un lungo periodo di tempo. Dei pazienti che vengono successivamente diagnosticati, possiamo tornare indietro e analizzare i loro campioni di sangue pre-diagnostici per vedere quanto presto possiamo rilevare i biomarcatori del cancro, " disse Bianco.

I ricercatori stanno anche esplorando altri biomarcatori a base di sangue, oltre a glipicano-1 e CD63, per migliorare l'accuratezza e la sensibilità di questo sistema per il rilevamento del cancro al pancreas.

La tecnologia per il sistema basato su chip è stata inizialmente sviluppata dall'alunno della UC San Diego Jacobs School of Engineering Raj Krishnan durante la sua ricerca di dottorato in bioingegneria nel laboratorio di Heller sull'identificazione dei biomarcatori del cancro dal sangue utilizzando correnti elettriche alternate. Krishnan ha co-fondato ed è CEO della società Biological Dynamics con sede a San Diego, uno spin-out del laboratorio di Heller che ha concesso in licenza la tecnologia nel 2010. Da allora Biological Dynamics ha sviluppato nuovi sistemi diagnostici basati su chip che utilizzano correnti elettriche alternate per isolare le nanoparticelle, DNA e altre molecole direttamente dal sangue e da altri biofluidi. Nella corrente ACS Nano carta, I ricercatori dell'UC San Diego hanno utilizzato la capacità di isolamento dell'esosoma della tecnologia Biological Dynamics per sviluppare un test personalizzato per il rilevamento del cancro al pancreas.