Dalle stelle ai tumori: l’astronomia aiuta a predire la risposta alle cure

Utilizzare strumenti concepiti per ricostruire la struttura dell’universo per sviluppare biomarcatori sempre più precisi: il progetto AstroPath

Strumenti sviluppati in ambito astronomico possono contribuire a leggere con maggiore precisione il microambiente tumorale e, in prospettiva, a prevedere meglio la risposta all’immunoterapia. E’ il principio alla base di AstroPath, la piattaforma illustrata da Janis Taube nel corso dell’11mo Annual Meeting di Alleanza contro il cancro, a Napoli.

Professoressa di Dermatologia, Oncologia e Patologia e direttrice della Division of Dermatopathology della Johns Hopkins, Taube è partita dalla considerazione che 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. Il motivo è che non conta soltanto quali cellule o molecole siano presenti nel tumore: sono importanti anche la loro posizione, la distanza che le separa e il modo in cui interagiscono.

AstroPath combina l’immunofluorescenza multipla, una tecnica che consente di osservare contemporaneamente diverse proteine all’interno di un tessuto, con sistemi avanzati di analisi delle immagini mutuati dall’astronomia. Il principio è lo stesso utilizzato per costruire le 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 cellule del sistema immunitario, mantenendo per ciascuna le informazioni sulla posizione e sulle proprie caratteristiche.

Il risultato è una mappa estremamente dettagliata del microambiente tumorale, fino alla risoluzione della singola cellula: non si misura più soltanto quanto un determinato biomarcatore sia presente, ma si può osservare 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 sono già emersi risultati significativi: studi pubblicati su Science hanno mostrato che AstroPath può riconoscere, nei campioni prelevati 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 individuata una firma associata alla risposta e alla sopravvivenza dopo il trattamento con farmaci anti-PD-1, successivamente verificata in un secondo gruppo di pazienti.

Gli sviluppi più recenti riguardano 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 già fornite da PD-L1, contribuendo anche a ridurre il rischio di errore legato alle piccole dimensioni delle biopsie.

La prospettiva indicata da Taube segna un possibile cambiamento nel modo di leggere il tumore: da una patologia fondata prevalentemente sull’osservazione di singoli marcatori a un’analisi multidimensionale della sua organizzazione, capace di considerare insieme caratteristiche delle cellule, posizione e relazioni reciproche.

Prima di un impiego nella pratica clinica saranno comunque necessari ulteriori passaggi: in particolare, la standardizzazione delle procedure tra istituti differenti e la validazione dei risultati 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, con l’obiettivo di individuare meglio i pazienti che possono beneficiare di determinate terapie.