Il cancro ovarico viene solitamente diagnosticato solo dopo che ha raggiunto uno stadio avanzato, con molti tumori diffusi in tutto l'addome. La maggior parte dei pazienti si sottopone a un intervento chirurgico per rimuovere il maggior numero possibile di questi tumori, ma poiché alcuni sono così piccoli e diffusi, è difficile sradicarli tutti.

Ricercatori del MIT, lavorando con chirurghi e oncologi presso il Massachusetts General Hospital (MGH), hanno ora sviluppato un modo per migliorare l'accuratezza di questo intervento chirurgico, chiamato debulking. Utilizzando un nuovo sistema di imaging a fluorescenza, sono stati in grado di trovare e rimuovere tumori piccoli fino a 0,3 millimetri, più piccoli di un seme di papavero, durante l'intervento chirurgico nei topi. I topi sottoposti a questo tipo di chirurgia guidata dalle immagini sono sopravvissuti il ​​40% in più rispetto a quelli a cui è stato rimosso il tumore senza il sistema guidato.

"La cosa bella di questo sistema è che consente informazioni in tempo reale sulla dimensione, profondità, e distribuzione dei tumori, "dice Angela Belcher, il James Mason Crafts Professor di Ingegneria Biologica e Scienza dei Materiali al MIT, un membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research, e il capo del dipartimento di ingegneria biologica del MIT, recentemente nominato.

I ricercatori stanno ora cercando l'approvazione della FDA per uno studio clinico di fase 1 per testare il sistema di imaging su pazienti umani. Nel futuro, sperano di adattare il sistema per il monitoraggio dei pazienti a rischio di recidiva del tumore, ed eventualmente per la diagnosi precoce del cancro ovarico, che è più facile da trattare se viene catturato prima.

Belcher e Michael Birrer, ex direttore dell'oncologia medica ginecologica presso MGH e ora direttore dell'O'Neal Comprehensive Cancer Center presso l'Università dell'Alabama a Birmingham, sono gli autori senior dello studio, pubblicato online sulla rivista ACS Nano questa settimana.

Neelkanth Bardhan, un Mazumdar-Shaw International Oncology Fellow presso il Koch Institute, e Lorenzo Ceppi, un ricercatore presso MGH, sono i principali autori del paper. Altri autori includono il ricercatore MGH YoungJeong Na, Andrew Siegel e Nandini Rajan, membri dello staff tecnico del MIT Lincoln Laboratory, Roberto Fruscio dell'Università degli Studi di Milano-Bicocca, e Marcela del Carmen, un ginecologo oncologo presso MGH e direttore medico della Massachusetts General Physicians Organization.

Tumori luminosi

Poiché non esiste un buon modo per rilevare il cancro ovarico in fase iniziale, è uno dei tipi di cancro più difficili da trattare. di 250, 000 nuovi casi diagnosticati ogni anno in tutto il mondo, Il 75% è in una fase avanzata. Negli Stati Uniti, il tasso di sopravvivenza combinato a cinque anni per tutte le fasi del cancro ovarico è del 47 percento, solo un leggero miglioramento rispetto al 38% di tre decenni fa, nonostante l'avvento di farmaci chemioterapici come il cisplatino, approvato dalla FDA nel 1978 per il trattamento del cancro ovarico. In contrasto, il tasso di sopravvivenza combinato a cinque anni per tutte le fasi del cancro al seno è costantemente migliorato, da circa il 75% negli anni '70 a oltre il 90% oggi.

"Abbiamo un disperato bisogno di terapie iniziali migliori, compresa la chirurgia, per questi pazienti (carcinoma ovarico), "Dice Birre.

Belcher e Birrer hanno unito le forze per lavorare su questo problema attraverso il Bridge Project, una collaborazione tra il Koch Institute e Dana-Farber/Harvard Cancer Center. Il laboratorio di Belcher ha sviluppato un nuovo tipo di imaging medico basato sulla luce nello spettro del vicino infrarosso (NIR). In un articolo pubblicato a marzo, ha riferito che questo sistema di imaging potrebbe ottenere una combinazione senza precedenti di risoluzione e profondità di penetrazione nel tessuto vivente.

Nel nuovo studio, Belcher, Birra, e i loro colleghi hanno lavorato con i ricercatori del MIT Lincoln Laboratory per adattare l'imaging NIR per aiutare i chirurghi a localizzare i tumori durante la chirurgia del cancro ovarico, fornendo un continuo, imaging in tempo reale dell'addome, con tumori evidenziati da fluorescenza. Precedenti analisi hanno dimostrato che i tassi di sopravvivenza sono fortemente inversamente correlati con la quantità di massa tumorale residua lasciata nel paziente durante l'intervento di debulking, ma molti tumori ovarici sono così piccoli o nascosti che i chirurghi non riescono a trovarli.

Per rendere visibili i tumori, i ricercatori hanno progettato sonde chimiche utilizzando nanotubi di carbonio a parete singola che emettono luce fluorescente quando illuminati da un laser. Hanno rivestito questi nanotubi con un peptide che si lega a SPARC, una proteina che è sovraespressa da cellule tumorali ovariche altamente invasive. Questa sonda si lega ai tumori e li rende fluorescenti alle lunghezze d'onda NIR, consentendo ai chirurghi di trovarli più facilmente con l'imaging a fluorescenza.

I ricercatori hanno testato il sistema guidato dalle immagini in topi a cui erano stati impiantati tumori ovarici in una regione della cavità addominale nota come spazio intraperitoneale, e ha dimostrato che i chirurghi erano in grado di individuare e rimuovere tumori di appena 0,3 millimetri. Dieci giorni dopo l'intervento, questi topi non avevano tumori rilevabili, mentre i topi che avevano subito il tradizionale, chirurgia non guidata dalle immagini, aveva molti tumori residui mancati dal chirurgo.

A tre settimane dall'intervento, molti dei tumori erano ricresciuti nei topi sottoposti a chirurgia guidata dalle immagini, ma quei topi avevano ancora un tasso di sopravvivenza mediano del 40% più lungo di quello dei topi sottoposti a chirurgia tradizionale.

Nessun altro sistema di imaging sarebbe in grado di individuare tumori così piccoli durante una procedura chirurgica, dicono i ricercatori.

"Non puoi avere un paziente in una macchina per la TAC o una macchina per la risonanza magnetica e far eseguire al chirurgo questa procedura chirurgica di debulking allo stesso tempo, e non puoi esporre il paziente alle radiazioni a raggi X per più ore del lungo intervento chirurgico. Questo sistema di imaging basato sull'ottica ci consente di farlo in modo sicuro, "dice Bardani.

Alessandro Santin, un professore di ostetricia e ginecologia e leader del programma di ricerca clinica presso la Yale University School of Medicine, ha descritto i risultati come "intriganti".

"Questi dati supportano il potenziale utilizzo di questo nuovo sistema di imaging in ambito intraoperatorio per il rilevamento ottico del tessuto maligno residuo al momento della stadiazione chirurgica, e/o chirurgia citoriduttiva in pazienti con cancro ovarico, "dice Santin, che non è stato coinvolto nello studio.

Monitoraggio dei pazienti

Per la maggior parte dei malati di cancro ovarico, la chirurgia di debulking del tumore è seguita da chemioterapia, quindi i ricercatori ora hanno in programma di fare un altro studio in cui trattano i topi con la chemioterapia dopo la chirurgia guidata dalle immagini, nella speranza di prevenire la diffusione dei piccoli tumori rimasti.

"Sappiamo che la quantità di tumore rimosso al momento dell'intervento chirurgico per i pazienti con carcinoma ovarico in stadio avanzato è direttamente correlata al loro esito, " Dice Birrer. "Questo dispositivo di imaging consentirà ora al chirurgo di andare oltre i limiti della resezione di tumori visibili ad occhio nudo, e dovrebbe inaugurare una nuova era di chirurgia di debulking efficace".

Ora che hanno dimostrato che questo concetto può essere applicato con successo all'imaging durante gli interventi chirurgici, i ricercatori sperano di iniziare ad adattare il sistema per l'uso in pazienti umani.

"In linea di principio, è abbastanza fattibile, " Dice Siegel. "A questo punto è puramente la meccanica e il finanziamento, perché questo esperimento sui topi serve come prova di principio e potrebbe effettivamente essere stato più impegnativo della costruzione di un sistema a misura d'uomo".

I ricercatori sperano anche di implementare questo tipo di imaging per monitorare i pazienti dopo l'intervento chirurgico, ed eventualmente svilupparlo come strumento diagnostico per lo screening delle donne ad alto rischio di sviluppare il cancro ovarico.

"Un obiettivo importante per noi in questo momento è lo sviluppo della tecnologia per poter diagnosticare precocemente il cancro ovarico, nella fase 1 o nella fase 2, prima che la malattia si diffonda, " dice Belcher. "Ciò potrebbe avere un enorme impatto sui tassi di sopravvivenza, perché la sopravvivenza è correlata alla fase di rilevamento".

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.