Cancro, il nuovo sensore di nanoparticelle per la diagnosi precoce

Viene definito il male del secolo. Stiamo parlando del cancro, ovvero un gruppo di malattie caratterizzato dalla replicazione e dalla diffusione incontrollata di cellule anomale. Secondo il rapporto I numeri del cancro 2022 nato dalla collaborazione tra AIOM (Associazione Italiana di Oncologia Medica) e AIRTUM (Associazione Italiana Registri Tumori), nel nostro Paese i casi, rispetto al 2020, sono aumentati dell'1,4% circa per gli uomini e dello 0,7% per le donne.

Sebbene la causa principale dell'incremento delle diagnosi rimanga l'invecchiamento della popolazione, non si devono sottovalutare gli effetti della pandemia di Covid conseguenti al blocco delle attività di screening e cura. Infatti nei primi 17 mesi dell'emergenza sanitaria sono stati effettuati 4,5 milioni di inviti alla prevenzione oncologica e 2,8 milioni di esami in meno. Inoltre si prevede che entro il 2035 in Europa si verificheranno 3 milioni di decessi in più a causa del cancro rispetto ad oggi. Ne abbiamo parlato in maniera approfondita in questo articolo.

Le nanoparticelle contro il cancro

La migliore arma contro il cancro è la ricerca scientifica. Gli ingegneri del MIT hanno creato un nuovo sensore di nanoparticelle che potrebbe consentire la diagnosi precoce dei tumori con un semplice test delle urine. I sensori, che sono in grado di rilevare molte proteine neoplastiche, potrebbero altresì essere utilizzati per distinguere la tipologia di carcinoma e per comprendere la risposta al trattamento. Lo studio, guidato dalla professoressa Sangeeta N. Bhatia è stato pubblicato su Nature Nanotechnology.

Quando incontrano una neoplasia, le nanoparticelle perdono brevi sequenze di DNA che vengono escrete nelle urine. L'analisi di questi codici a barre può rivelare le caratteristiche distintive della malattia per ciascun paziente. Il test è stato progettato in modo che possa essere eseguito utilizzando una striscia di carta simile a quella impiegata per la diagnostica del Covid. La speranza è che esso diventi economico e quindi accessibile al maggior numero di persone possibili.

Il cancro e i codici a barre del DNA

Per diversi anni nel laboratorio della dottoressa Bhatia sono stati sviluppati biomarcatori sintetici utili per rilevare proteine o cellule tumorali nel campione di sangue di un paziente. In un lavoro precedente Bhatia ha creato nanoparticelle in grado di rilevare l'attività degli enzimi chiamati proteasi che aiutano le cellule cancerose a fuggire dalle loro posizioni iniziali o a stabilirsi in zone nuove, tagliando le proteine della matrice extracellulare.

Le nanoparticelle sono rivestite con peptidi che vengono scissi da diverse proteasi. Una volta che i peptidi vengono rilasciati nel flusso ematico, essendo più concentrati, possono essere facilmente rilevati in un campione d'urina. Poiché i biomarcatori peptidici sono stati realizzati mediante uno spettometro di massa, uno strumento che non sempre può essere disponibile se le risorse sono esigue, il team ha progettato sensori che vengono analizzati in maniera economica utilizzando codici a barra del DNA. Questi ultimi possono essere letti con la tecnologia CRISPR.

Firme della malattia

Ogni codice a barra del DNA è attaccato a una particella grazie ad un linker che può essere scisso da una proteasi specifica. Se quella proteasi è presente, la molecola di DNA rilasciata è libera di circolare e finisce nelle urine. Una volta che i sensori sono secreti nelle urine, il campione è analizzato con una striscia di carta che riconosce un reporter attivato da un enzima CRISPR noto come Cas12a.

Nel momento in cui un particolare codice a barre del DNA è presente nel campione, Cas12a amplifica il segnale in modo che possa apparire come una striscia scura su un test cartaceo. Grazie alle analisi condotte sui topi, gli scienziati hanno dimostrato che un pannello di cinque codici a barre del DNA era in grado di distinguere con precisione il cancro primario ai polmoni dei roditori da quello derivante dalla metastatizzazione del tumore al colon-retto.

Successivamente il team ha utilizzato più di cinque codici a barre del DNA per la sperimentazione umana grazie ad un chip microfluidico progettato in collaborazione con i ricercatori del Broad Institute del MIT e di Harvard. Questo tipo di test, che legge fino a 46 diversi codici, può essere impiegato non solo per diagnosticare il cancro ma anche per comprendere la risposta del paziente al trattamento.