Tracciare l'architettura dei tumori

La terapia del cancro è una delle aree più complesse della medicina perché ogni tumore è diverso dall'altro. Una cellula tumorale degenerata cresce in un mosaico di popolazioni cellulari che acquisiscono costantemente nuove mutazioni. Ognuna di queste popolazioni cellulari, note come cloni, può reagire in modo diverso alla terapia.

I moderni approcci terapeutici mirano specificamente ai cloni che contribuiscono in modo significativo alla crescita del tumore. I medici prelevano il tessuto tumorale e determinano le dimensioni relative delle diverse popolazioni cellulari e le loro mutazioni specifiche utilizzando il sequenziamento del DNA.

Tuttavia, spesso non è chiaro se e perché una determinata popolazione cellulare prevalga in un tumore; di conseguenza, è difficile prevedere l'ulteriore sviluppo del cancro e scegliere la terapia giusta in base a questo dato.

Un modello al computer mostra lo sviluppo del tumore

Un team di ricerca internazionale guidato da Niko Beerenwinkel, professore presso il Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea, ha ora dimostrato che l'architettura dei tessuti di vari tipi di cancro gioca un ruolo decisivo nel modo in cui le popolazioni cellulari si diffondono nei tumori.

I ricercatori hanno simulato lo sviluppo del tumore utilizzando un modello computerizzato che, a differenza dei modelli precedenti, tiene conto anche della struttura cellulare dei diversi tessuti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista specializzata pagina esternaNatura Ecologia ed evoluzione.

"Le popolazioni cellulari nei tumori competono tra loro per le risorse limitanti come spazio, nutrienti e ossigeno", spiega Robert Noble, primo autore dello studio. Il fatto che una nuova mutazione dia un vantaggio di sopravvivenza a una popolazione cellulare dipende quindi da come interagisce con le cellule vicine.

Le cellule tumorali sono in costante competizione

Nei tumori del sangue, ad esempio, nel midollo osseo sono presenti innumerevoli cellule staminali in un pool ampio e uniforme. Una cellula staminale degenerata con una mutazione che conferisce un vantaggio di sopravvivenza può rapidamente affermarsi in questo pool di cellule.

Nello sviluppo del cancro all'intestino, invece, le cellule si trovano in piccole nicchie create da microscopiche pieghe e rientranze della parete intestinale. A causa dell'habitat altamente strutturato, le cellule tumorali con mutazioni favorevoli si diffondono solo lentamente.

La teoria secondo cui la struttura del tessuto influenza il numero e le dimensioni delle diverse popolazioni cellulari in un tumore esiste da tempo nella ricerca sul cancro. Tuttavia, il nuovo studio è il primo a indagare sistematicamente questo aspetto.

Le simulazioni corrispondono all'architettura dei tumori reali

Il modello computerizzato appena sviluppato simula la diffusione di popolazioni cellulari mutate per diversi tipi di cancro. Per ogni tipo di cancro, i ricercatori hanno effettuato migliaia di simulazioni e hanno confrontato i risultati con i dati di sequenziamento del DNA a risoluzione spaziale provenienti da campioni di tumori umani reali. Il risultato: le previsioni del modello computerizzato corrispondevano ai dati clinici.

"I nostri risultati dimostrano che la particolare struttura spaziale di ogni tumore deve essere presa in considerazione per ottenere un quadro accurato dei processi", afferma Beerenwinkel.

Questo studio fornisce anche le basi per una nuova generazione di modelli specifici per il paziente nella diagnostica del cancro. Noble, che ora dirige il suo gruppo alla City University di Londra, afferma: "In futuro, i medici potrebbero usare questi modelli per prevedere meglio se un particolare tumore risponderà a una terapia".