Dalle stelle ai tumori: l’astronomia aiuta a “leggere” il cancro

Metodi nati per costruire le grandi mappe dell’universo applicati allo studio dei tessuti tumorali: è il principio alla base di AstroPath, la piattaforma illustrata da Janis Taube nel corso dell’11º Annual Meeting di Alleanza Contro il Cancro – la Rete Oncologica del Ministero della Salute – in corso a Napoli dal 10 al 12 settembre e co-organizzato con l’IRCCS Fondazione Pascale, associata alla Rete.

Professoressa di Dermatologia, Oncologia e Patologia e direttrice della Division of Dermatopathology della Johns Hopkins, Taube ha mostrato come strumenti sviluppati in ambito astronomico possano contribuire a leggere con maggiore precisione il microambiente tumorale e, in prospettiva, a prevedere meglio la risposta all’immunoterapia.

I biomarcatori oggi più utilizzati, come l’espressione di PD-L1, forniscono informazioni importanti, ma non sempre sufficienti a identificare i pazienti che risponderanno ai farmaci diretti contro i checkpoint immunitari. Non conta infatti soltanto quali cellule o molecole siano presenti nel tumore, ma anche dove si trovino, quanto siano vicine tra loro e in che modo interagiscano.

AstroPath combina l’immunofluorescenza multipla, che consente di osservare contemporaneamente diverse proteine, con sistemi avanzati di analisi delle immagini mutuati dall’astronomia. Come accade nella costruzione delle mappe del cielo, migliaia di immagini vengono allineate e integrate in un’unica rappresentazione. Al posto di stelle e galassie, vengono però individuate cellule tumorali e immunitarie, ciascuna con le proprie caratteristiche e la propria posizione nello spazio.

Si ottiene così una mappa del microambiente tumorale a risoluzione di singola cellula. L’analisi non si limita quindi a misurare la presenza di un biomarcatore, ma permette di capire su quali cellule sia espresso, quali altre cellule si trovino nelle vicinanze e quali configurazioni spaziali siano associate alla risposta o alla resistenza ai trattamenti.

Nel melanoma avanzato, risultati pubblicati su Science hanno mostrato che AstroPath può riconoscere, già nei campioni raccolti prima della terapia, specifiche combinazioni di cellule immunitarie e livelli di espressione di PD-1 e PD-L1. Attraverso un pannello di sei marcatori è stata identificata una firma composita associata alla risposta e alla sopravvivenza dopo trattamento con farmaci anti-PD-1, successivamente verificata in un secondo gruppo di pazienti.

Tra gli sviluppi più recenti figura anche il carcinoma polmonare non a piccole cellule. Un lavoro preliminare propone un nuovo biomarcatore spaziale basato non soltanto sulle caratteristiche della singola cellula, ma sulle “nicchie” immunitarie che la circondano. Il modello, denominato DONUTS, utilizza quattro marcatori e potrebbe integrare le informazioni fornite da PD-L1, contribuendo anche a ridurre il rischio di errore legato alle piccole dimensioni delle biopsie.

La prospettiva indicata da Taube è quella di una patologia sempre meno fondata sull’osservazione isolata dei singoli marcatori e sempre più orientata a una lettura multidimensionale dell’organizzazione del tumore. Prima di un impiego nella pratica clinica saranno comunque necessari ulteriori passaggi, a partire dalla standardizzazione delle procedure tra istituti differenti e dalla validazione in studi prospettici.

L’incontro tra astronomia e patologia digitale apre così una prospettiva nuova: utilizzare strumenti concepiti per ricostruire la struttura dell’universo per comprendere, su scala microscopica, l’organizzazione dei tumori e sviluppare biomarcatori sempre più precisi a supporto delle scelte terapeutiche.

Photocourtesy: Johns Hopkins University