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I test diagnostici di prossima generazione per i tumori. Parola d’ordine: specificità assoluta

La scoperta che il DNA di vari tessuti del corpo umano esiste nel sangue e in altri fluidi corporei al di fuori delle cellule (cfDNA) ha portato a diversi test cfDNA basati sul sangue. Tali test trovano applicazioni cliniche, come facilitare l’interrogazione di specifiche anomalie genomiche, ad esempio, mutazioni derivate da tumori utilizzabili per la selezione mirata della terapia del cancro. In un recente studio pubblicato su Cancer Cell, i ricercatori hanno valutato diversi approcci per un test di diagnosi precoce multi-cancro (MCED) basato sul DNA libero senza cellule circolanti (cfDNA). Un test MCED è un esame del sangue che aiuta la diagnosi precoce di un segnale di cancro condiviso tra più tumori utilizzando campioni di sangue. Attualmente, i test MCED disponibili hanno un basso tasso di falsi positivi inferiore all’1%. La definizione del limite clinico di rilevamento (LOD) basato sulla frazione allelica tumorale circolante (cTAF) consente il confronto di diversi approcci. Un recente lavoro di modellazione ha previsto che l’aggiunta di un test MCED alle cure standard potrebbe migliorare la diagnosi precoce e prevenire il 39% di tutti i decessi correlati al cancro entro cinque anni dalla diagnosi.

I test MCED complementari potrebbero anche consentire lo screening della popolazione su numerosi tipi di cancro mortale contemporaneamente. Un abbondante background di cfDNA non canceroso nel sangue rispetto al materiale genomico versato dal tumore e la prevalenza della biologia somatica (ad esempio, l’emopoiesi clonale potrebbe confondere il rilevamento del segnale del cancro specifico). Pertanto, i ricercatori perseguono continuamente nuovi approcci, come le tecniche di apprendimento automatico, per superare le sfide del rapporto segnale-sfondo associate ai test MCED basati sul sangue. Un totale di 2.800 partecipanti, 1.628 con cancro e 1.172 senza cancro, hanno partecipato al primo sottostudio dell’atlante del genoma libero da cellule circolanti (CCGA). I ricercatori hanno assegnato in modo casuale 1.414 e 847 partecipanti a set di formazione o convalida indipendenti e hanno ottenuto campioni che soddisfacevano standard di controllo di qualità di laboratorio prestabiliti. Inoltre, hanno assicurato con lo screening del cancro di arruolare solo i partecipanti con cancro che non avevano iniziato la terapia per il cancro.

Il team ha utilizzato campioni di sangue non identificati dai partecipanti in siti negli Stati Uniti e in Canada ed ha estratto il cfDNA dal plasma. Il tempo mediano tra la raccolta del sangue e l’isolamento del plasma è stato inferiore a due giorni. Hanno elaborato un campione di sangue cfDNA utilizzando tre metodi di sequenziamento: sequenziamento genomico intero al bisolfito (WGBS), TS e WGS regolare. L’attuale studio ha avuto diversi risultati importanti. In primo luogo, più che il tipo di cancro e lo stadio clinico, cTAF era responsabile della maggior parte delle variazioni del cfDNA dai segnali del cancro. Pertanto, i ricercatori hanno osservato un’ampia variazione nel cTAF tra i tipi di cancro e all’interno di singoli stadi, il che indica che il suo stadio clinico da solo potrebbe non essere l’unico predittore della quantità di caratteristiche genomiche specifiche del tumore. I tipi di cancro potrebbero avere tassi di spargimento notevolmente diversi anche dopo aver controllato lo stadio. Sulla base della distribuzione della diffusione del tumore tra i tumori, il sequenziamento della biopsia tumorale potrebbe stimare il cTAF tra i tipi di cancro e le loro fasi cliniche.

Probabilmente a causa dell’aumento della diffusione del tumore nei tumori in stadio avanzato, il cTAF aumenta tipicamente con lo stadio clinico. Come previsto, il rilevamento del segnale del cancro è migliorato per ciascun tumore con stadio e cTAF in aumento, sebbene questo approccio non sia stato in grado di rilevare in modo affidabile tutti i segnali del cancro allo stadio IV. Una spiegazione plausibile è che i fattori molecolari nei tumori allo stadio IV non rilevati, come una bassa attività di duplicazione cellulare, sono associati a una minore diffusione del DNA tumorale e a un minore cTAF. Allo stesso modo, fattori fisici, la minore area superficiale del tumore e il suo accesso all’afflusso di sangue, si traducono in una minore diffusione del DNA tumorale e in una minore cTAF. In secondo luogo, i ricercatori hanno osservato che la stadiazione clinica potrebbe non catturare completamente il comportamento del tumore. Al contrario, anche se un cancro allo stadio I-III mostrasse un cTAF più elevato a causa della proliferazione attiva e dell’elevata diffusione del DNA tumorale, potrebbe benissimo rilevare il comportamento del tumore.

Potrebbe esserci una correlazione tra segnali di cancro cfDNA e cTAF con tumori più ostili; pertanto, i test cfDNA potrebbero rilevare meglio i tumori clinicamente significativi. In effetti, la prognosi del cancro è migliore con cTAF inferiore. In terzo luogo, sulla base delle osservazioni secondo cui esiste una forte correlazione tra il rilevamento del segnale del classificatore e cTAF, potrebbe essere sviluppato un LOD clinico utilizzando cTAF. Potrebbe fornire una metrica per l’ottimizzazione del classificatore che spiegherebbe le ampie variazioni di diffusione del tumore all’interno di una fase clinica e tra i tipi di cancro. Questa metrica clinica basata su LOD potrebbe confrontare direttamente le prestazioni del rilevamento del segnale del cancro attraverso più test basati su cfDNA. Tuttavia, la condizione è che le stime cTAF utilizzino caratteristiche verificate dalla biopsia del tumore a livelli di specificità del test equivalenti. Infine, la metilazione WG è stata l’opzione più promettente in questo studio perché, con ≈30 milioni di CpG, era un segnale pervasivo attraverso il genoma.

Di tutte le caratteristiche del cfDNA valutate in questo studio, era tra i metodi più sensibili per i seguenti motivi:

  1. a) non ha richiesto il sequenziamento dei globuli bianchi,
  2. b) ha mostrato uno dei LOD clinici più bassi, e
  3. c) aveva la più alta precisione di previsione dell’origine del segnale del cancro.

Inoltre, i modelli di metilazione lungo ciascun segmento genico contengono un robusto segnale specifico del tumore, facilmente identificabile al di sopra della normale variazione del background genomico. A sua volta, facilita il rilevamento del segnale di metilazione a livelli di cTAF inferiori rispetto alle altre caratteristiche del cancro dei genomi testati nello studio. Secondo gli autori, nessuno degli studi precedenti ha riportato confronti sistematici di varie caratteristiche genomiche dal cfDNA per il test MCED.

Il primo sottostudio CCGA ha mostrato che il LOD clinico è un prezioso punto di riferimento per valutare le prestazioni del classificatore. Potrebbe consentire il confronto tra gli studi, a condizione che la specificità e le probabilità di rilevamento siano equivalenti. I dati dello studio hanno anche suggerito che il cTAF potrebbe essere una misura più diretta e accurata della biologia del tumore sottostante. È un driver migliore per il rilevamento del segnale del cancro cfDNA rispetto agli attuali indicatori prognostici, come lo stadio e il tipo di cancro.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD; specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Jamshidi A, Liu MC et al. Cancer Cell 2022 Nov 15.

Klein EA et al. Annals Oncol. 2021; 32(9):1167-77.

Bredno J et al. PLoS One. 2021; 16(8):e0256436.

Liu MC et al. Annals Oncol. 2020; 31(6):745-759.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci

Medico Chirurgo, Specialista; PhD. a CoFood s.r.l.
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di due brevetti sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento enzimaticamente neutralizzata (owner of patents concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (Leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di articoli su informazione medica e salute sul sito www.medicomunicare.it (Medical/health information on website) - Autore di corsi ECM FAD pubblicizzati sul sito www.salutesicilia.it
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