I malati di cancro sottoposti a terapia mirata possono aspettarsi un nuovo esame del sangue che possa dire ai loro medici se il trattamento sta funzionando, entro un giorno dall'inizio del trattamento. Ciò accelererà notevolmente il processo di valutazione e consentirà ai medici di apportare modifiche al piano di trattamento, se necessario, per migliorare le possibilità di guarigione dei pazienti.

A differenza delle chemioterapie convenzionali che interferiscono con tutte le cellule in rapida divisione e possono causare danni diffusi alle cellule, farmaci mirati attaccano molecole specifiche che istruiscono le cellule tumorali a crescere e diffondersi e, a loro volta, bloccare la crescita anormale del cancro. Nonostante la natura specifica dei farmaci mirati, l'attuale valutazione clinica del loro trattamento nei tumori solidi si basa principalmente sull'imaging volumetrico del tumore, che è insensibile e ritardato, o biopsie tissutali invasive.

L'assistente professore Shao Huilin e il suo gruppo di ricerca del Dipartimento di ingegneria biomedica e dell'Istituto per l'innovazione e la tecnologia sanitaria (iHealthtech) presso l'Università nazionale di Singapore (NUS) hanno sviluppato una tecnologia accurata, meno invasivo e anticipa notevolmente la finestra di valutazione, utilizzando biopsie liquide.

Tasso di successo disponibile in 24 ore dopo il trattamento del cancro

La tecnica, chiamato monitoraggio delle vescicole extracellulari dell'occupazione chimica delle piccole molecole e dell'espressione proteica (ExoSCOPE), è il primo del suo genere al mondo. Sfrutta le vescicole extracellulari (EV) secrete dalle cellule tumorali e circolanti nel sangue come indicatore riflettente dell'efficacia del farmaco nei tumori solidi.

"Le procedure convenzionali come l'imaging del tumore non sono solo costose, ma anche ritardate. Per questi metodi, l'efficacia del trattamento può essere determinata solo dopo settimane. Utilizzando l'ExoSCOPE, possiamo misurare direttamente i risultati dell'efficacia del farmaco entro 24 ore dall'inizio del trattamento. Ciò ridurrà significativamente i tempi e i costi per il monitoraggio del trattamento del cancro, ", ha affermato lo scienziato capo Asst Prof Shao.

Lei ha aggiunto, "Questo metodo richiede solo una piccola quantità di campione di sangue per l'analisi e ogni test richiede meno di un'ora per essere completato. Quindi, è meno invasivo e tuttavia più informativo. In questo modo, i medici potrebbero monitorare più regolarmente la risposta del paziente al trattamento nel corso del trattamento, e apportare modifiche tempestive per personalizzare il trattamento per risultati migliori".

La ricerca è stata pubblicata per la prima volta sulla rivista scientifica Nanotecnologia della natura .

Misurazione sensibile delle interazioni farmacologiche

Per ottenere un'analisi sensibile e rapida dell'efficacia del farmaco attraverso campioni di sangue, il team di ricerca NUS ha sviluppato ExoSCOPE come piattaforma nanotecnologica integrata. Misura i veicoli elettrici, che sono vescicole di membrana di dimensioni almeno cento volte più piccole del diametro di un capello umano e invisibili al microscopio ottico convenzionale. Durante il successo del trattamento del cancro, quando un farmaco antitumorale mirato si lega a una cellula cancerosa e interferisce con la crescita del tumore, la cellula trattata rilascerà nel flusso sanguigno veicoli elettrici contenenti il ​​farmaco.

La piattaforma ExoSCOPE sfrutta un approccio complementare di biologia chimica e sviluppo di sensori per misurare questi delicati cambiamenti di farmaco nei veicoli elettrici.

"Le attuali tecnologie per misurare le interazioni farmaco-bersaglio richiedono elaborazioni complesse e biopsie tissutali invasive, limitando la loro utilità clinica per il monitoraggio del trattamento del cancro. Utilizzando sonde chimiche appositamente progettate, la nostra piattaforma è altamente sensibile nell'acquisizione e nell'etichettatura di veicoli elettrici in un piccolo campione di sangue al fine di valutare le interazioni farmaco-bersaglio, " ha detto il dottor Sijun Pan, Ricercatore presso NUS iHealthtech, e co-primo autore dello studio.

"Il sensore ExoSCOPE contiene milioni di nanoanelli d'oro per catturare i veicoli elettrici e amplificare i segnali di etichettatura dei farmaci per indurre forti segnali luminosi. Questi segnali luminosi vengono quindi elaborati per fornire una lettura per indicare l'efficacia del farmaco, " ha detto il signor Zhang Yan, uno studente di dottorato del Dipartimento di ingegneria biomedica del NUS e iHealthtech, e co-primo autore dello studio.

Utilizzando la piattaforma ExoSCOPE sviluppata, il team ha raccolto informazioni sui diversi tipi di veicoli elettrici e sui loro cambiamenti di droga, se trattati con varie terapie mirate. La piattaforma non solo identifica i veicoli elettrici rilasciati dal cancro, ma monitora anche le loro dinamiche farmacologiche nel tempo per distinguere con precisione la sensibilità e la resistenza al trattamento.

"Gli approcci esistenti di farmacocinetica o farmacodinamica nel sangue misurano la concentrazione totale del farmaco nel sangue. Queste informazioni di insieme non riflettono l'efficacia del farmaco nei tumori. L'ExoSCOPE, però, misura i cambiamenti dei farmaci nei veicoli elettrici rilasciati dal cancro per riflettere accuratamente le risposte al trattamento del tumore, "ha spiegato Asst Prof Shao.

Risultati incoraggianti dallo studio clinico

In uno studio clinico che ha coinvolto 163 campioni di sangue di 106 pazienti, l'ExoSCOPE ha mostrato risultati incoraggianti sui pazienti affetti da cancro del polmone per consentire una valutazione tempestiva degli esiti del trattamento mirato dei pazienti. Rispetto al gold standard dell'imaging volumetrico del tumore, che è stato eseguito alla fine dell'intero regime di trattamento, l'ExoSCOPE ha raggiunto un tasso di precisione del 95 percento, ma entro 24 ore dall'inizio del trattamento.

Le prestazioni analitiche superiori di questa tecnica aprono la strada all'uso di veicoli elettrici a trasmissione ematica per monitorare le diverse interazioni tra farmaci e bersagli proteici nel corpo umano.

"L'ExoSCOPE presenta un cambiamento di paradigma nella valutazione dei farmaci basata sul sangue per la selezione mirata dei farmaci e il monitoraggio del trattamento in tempo reale, " ha detto Asst Prof Shao. "La tecnica può anche consentire alla comunità clinica di prendere decisioni terapeutiche più tempestive".

Prossimi passi

Il team NUS di nove membri ha impiegato due anni (dal 2019 al 2021) per sviluppare e convalidare la piattaforma ExoSCOPE. La loro prossima sfida è espandere la piattaforma per misurare l'efficacia di diversi farmaci e applicare la tecnologia a uno spettro di malattie, dai tumori alle malattie cardiovascolari e neurologiche. È stato depositato un brevetto per ExoSCOPE e il team NUS spera di portare questa tecnologia sul mercato nei prossimi tre anni.

"Spero che la nostra tecnologia possa contribuire a un trattamento personalizzato, per guidare la selezione, dosaggio e durata dei diversi trattamenti, e migliorare i risultati del trattamento, " ha detto Asst Prof Shao.