La maggior parte dei test che i medici usano per diagnosticare il cancro, come la mammografia, colonscopia, e le scansioni TC:si basano sull'imaging. Più recentemente, i ricercatori hanno anche sviluppato una diagnostica molecolare in grado di rilevare specifiche molecole associate al cancro che circolano nei fluidi corporei come il sangue o l'urina.

Gli ingegneri del MIT hanno ora creato una nuova nanoparticella diagnostica che combina entrambe queste caratteristiche:può rivelare la presenza di proteine ​​cancerose attraverso un test delle urine, e funziona come un agente di imaging, individuare la sede del tumore. In linea di principio, questa diagnostica potrebbe essere utilizzata per rilevare il cancro in qualsiasi parte del corpo, compresi i tumori che hanno metastatizzato dalle loro posizioni originali.

"Questo è un sensore davvero ampio destinato a rispondere sia ai tumori primari che alle loro metastasi. Può innescare un segnale urinario e permetterci anche di visualizzare dove si trovano i tumori, "dice Sangeeta Bhatia, il professore John e Dorothy Wilson di scienze e tecnologia della salute e ingegneria elettrica e informatica al MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science del MIT.

In un nuovo studio, Bhatia e i suoi colleghi hanno dimostrato che la diagnostica potrebbe essere utilizzata per monitorare la progressione del cancro del colon, compresa la diffusione di tumori metastatici al polmone e al fegato. Infine, sperano che possa essere sviluppato in un test del cancro di routine che potrebbe essere eseguito ogni anno.

Bhatia è l'autore senior dello studio, che appare oggi in Materiali della natura . L'autore principale del documento è il ricercatore del MIT Liangliang Hao.

Localizzare i tumori

Negli ultimi anni, Bhatia ha sviluppato la diagnostica del cancro che funziona generando biomarcatori sintetici che possono essere facilmente rilevati nelle urine. La maggior parte delle cellule tumorali esprime enzimi chiamati proteasi, che li aiutano a sfuggire alle loro posizioni originali tagliando le proteine ​​della matrice extracellulare. Le nanoparticelle di rilevamento del cancro di Bhatia sono rivestite con peptidi che vengono scissi da queste proteasi. Quando queste particelle incontrano un tumore, i peptidi vengono scissi ed escreti nelle urine, dove possono essere facilmente individuati. In modelli animali di cancro ai polmoni, questi biomarcatori possono rilevare precocemente la presenza di tumori; però, non rivelano la posizione esatta del tumore o se il tumore si è diffuso oltre il suo organo di origine.

Basandosi sui loro sforzi precedenti, i ricercatori del MIT volevano sviluppare quella che chiamano una diagnostica "multimodale", che può eseguire sia lo screening molecolare (rilevazione del segnale urinario) che l'imaging, per dire loro esattamente dove si trovano il tumore originale e le eventuali metastasi.

Per modificare le particelle in modo che possano essere utilizzate anche per l'imaging PET, i ricercatori hanno aggiunto un tracciante radioattivo chiamato rame-64. Li hanno anche rivestiti con un peptide che è attratto dagli ambienti acidi, come il microambiente nei tumori, per indurre le particelle ad accumularsi nei siti tumorali. Una volta raggiunto un tumore, questi peptidi si inseriscono nelle membrane cellulari, creando un forte segnale di imaging al di sopra del rumore di fondo.

I ricercatori hanno testato le particelle diagnostiche in due modelli murini di cancro del colon metastatico, in cui le cellule tumorali viaggiano e crescono nel fegato o nei polmoni. Dopo il trattamento con un farmaco chemioterapico comunemente usato per trattare il cancro del colon, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare sia il segnale dell'urina che l'agente di imaging per monitorare come i tumori hanno risposto al trattamento.

I ricercatori hanno anche scoperto che la fornitura di rame-64 con le loro nanoparticelle offre un vantaggio rispetto alla strategia che viene generalmente utilizzata per l'imaging PET. Il tracciante PET, noto come FDG, è una forma radioattiva di glucosio che viene assorbita dalle cellule metabolicamente attive, comprese le cellule cancerose. Però, il cuore genera un segnale PET luminoso quando esposto a FDG, e quel segnale può oscurare i segnali più deboli dai tumori polmonari vicini. L'utilizzo di nanoparticelle sensibili all'acido per accumulare rame-64 nell'ambiente tumorale fornisce un'immagine molto più chiara dei tumori polmonari, i ricercatori hanno scoperto.

Verso lo screening del cancro

Se approvato per l'uso in pazienti umani, Bhatia prevede che questo tipo di diagnostica potrebbe essere utile per valutare come i pazienti rispondono al trattamento, e per il monitoraggio a lungo termine delle recidive o delle metastasi tumorali, soprattutto per il cancro al colon.

"Quei pazienti potrebbero essere monitorati con la versione urinaria del test ogni sei mesi, ad esempio. Se il test delle urine è positivo, potrebbero seguire con una versione radioattiva dello stesso agente per uno studio di imaging che potrebbe indicare dove si è diffusa la malattia. Riteniamo inoltre che il percorso normativo possa essere accelerato con entrambe le modalità di test sfruttando un'unica formulazione, "dice Bhatia.

A lungo termine, spera che questa tecnologia possa essere utilizzata come parte di un flusso di lavoro diagnostico che potrebbe essere somministrato periodicamente per rilevare qualsiasi tipo di cancro.

"La visione è che si potrebbe utilizzare questo in un paradigma di screening, da solo o in combinazione con altri test, e potremmo raggiungere collettivamente i pazienti che oggi non hanno accesso a costose infrastrutture di screening, " dice. "Ogni anno potresti fare un test delle urine come parte di un check-up generale. Faresti uno studio di imaging solo se il test delle urine diventa positivo per scoprire da dove proviene il segnale. Abbiamo molto più lavoro da fare sulla scienza per arrivarci, ma è lì che vorremmo andare a lungo termine".

Glympse Bio, una società co-fondata da Bhatia, ha eseguito studi clinici di fase 1 su una versione precedente delle particelle diagnostiche urinarie e le ha trovate sicure nei pazienti.