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Gli scienziati scoprono che il modo in cui i tumori crescono ha un impatto sulla loro genetica

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Gli scienziati scoprono che il modo in cui i tumori crescono ha un impatto sulla loro genetica

Tumori in-silico rappresentativi sotto il modello di crescita del volume (in alto) e il modello di crescita della superficie (in basso). Credito: The Francis Crick Institute

I ricercatori del Francis Crick Institute, UCL, The Royal Marsden NHS Foundation Trust e The Institute of Cancer Research, Londra, hanno sviluppato un modello al computer per analizzare come il modo in cui i tumori crescono influenza il loro corredo genetico.

Utilizzando questo nuovo modello, hanno identificato i collegamenti tra la crescita e la forma del tumore e la rapidità con cui il cancro di un paziente potrebbe progredire.

Quando le cellule cancerose mutano, alcune ottengono un vantaggio attraverso mutazioni che le rendono più propense a sopravvivere, dividersi e creare un gruppo di cellule “più adatte”. Questo gruppo può superare gli altri per diventare dominante, ad esempio, se si è evoluto per sopravvivere in condizioni in cui c’è un basso apporto di nutrienti o ossigeno.

Questo processo di evoluzione del tumore è molto complesso ed è influenzato da molti fattori, incluso il modo in cui il tumore sta crescendo. Ma non è completamente compreso.

Nel loro studio, pubblicato in Natura Ecologia ed Evoluzione, gli scienziati hanno usato il loro modello al computer per studiare due tipi di crescita tumorale nei tumori renali: uno in cui la crescita è coerente in tutto il tumore, il “modello di crescita del volume” e uno in cui la crescita è limitata alla superficie, il “modello di crescita superficiale”.

Nel modello di crescita del volume si sono verificati due scenari. In alcuni casi, un singolo gruppo “adatto” di cellule cancerose geneticamente correlate è sorto nel tumore in una fase iniziale. In altri, i tumori non hanno sviluppato un nuovo gruppo “adatto”, ma piuttosto il gruppo originale di cellule tumorali dei genitori è rimasto dominante.

Nel modello di crescita superficiale, c’era un’ampia diversità genetica con diversi gruppi di cellule “adatte” che si formavano sulla superficie. Il team suggerisce che questo crea un ambiente competitivo in cui diversi gruppi di cellule sono spinti ad evolversi più rapidamente.

Xiao Fu, primo autore e borsista post-dottorato nel laboratorio di modellazione biomolecolare del Crick, afferma di aver “preso due distinti modelli di crescita e identificato forti differenze nel modo in cui i tumori si evolvono nel tempo e nello spazio. Questo è difficile da fare con i tessuti reali. poiché richiede ripetutamente l’esecuzione di più biopsie da varie parti di un tumore. Questi risultati sono solo l’inizio di ciò che speriamo di scoprire con questo modello”.

I ricercatori hanno convalidato il loro modello utilizzando i dati di 66 tumori analizzati attraverso lo studio TRACERx Renal. Incrociando il modello e i dati di questo tumore, hanno scoperto che diversi tassi di progressione del tumore nel mondo reale corrispondevano a diversi modelli di crescita. Ad esempio, i tumori che progredivano rapidamente si adattavano al modello di crescita del volume in cui un gruppo di cellule “adatto” era presente fin dall’inizio. Mentre i casi che non hanno progredito si sono adattati al modello di crescita del volume in cui il gruppo parentale di cellule è rimasto dominante.

Il modello ha anche fornito informazioni sull’impatto dei diversi tipi di crescita sulla forma dei tumori. I tumori a crescita di volume sono cresciuti verso l’esterno in una forma più coerente, mentre i tumori a crescita superficiale hanno mostrato rigonfiamenti sulla superficie, dove stavano crescendo i gruppi “più in forma”.

Xiao aggiunge che “la cosa interessante è come queste informazioni strutturali possano essere utilizzate come una finestra sull’evoluzione di un tumore. Sono necessarie ulteriori ricerche, ma potrebbero essere utilizzate per determinare quale tipo di crescita sta subendo un tumore, ad esempio se radiologico l’imaging di un tumore precoce mostra rigonfiamenti, il che significa che è più probabile che subisca una crescita superficiale. Queste informazioni potrebbero aiutare a informare i team medici e le decisioni terapeutiche”.

I ricercatori hanno anche usato il loro modello per analizzare l’impatto della necrosi, la morte del tessuto all’interno del tumore, sulla sua evoluzione. Quando la necrosi era presente sotto il modello di crescita superficiale, i tumori hanno sviluppato rapidamente gruppi più “adatti” di cellule geneticamente distinte.

Paul Bates, autore dell’articolo e leader del gruppo del laboratorio di modellazione biomolecolare presso il Crick, afferma che “le simulazioni al computer sono estremamente preziose per approfondire la nostra comprensione di come i tumori si evolvono nel tempo. Sviluppando questi modelli e utilizzandoli per analizzare come cambiano i tumori, speriamo per trovare periodi nella loro evoluzione e crescita in cui il cancro può essere più vulnerabile ai trattamenti”.

Samra Turajlic, autrice e leader del gruppo del Crick’s Cancer Dynamics Laboratory e consulente oncologa presso il Royal Marsden NHS Foundation Trust, ha affermato che “le osservazioni più importanti sul comportamento del cancro vengono raccolte attraverso le analisi dei tumori dei pazienti perché riflettono le scale temporali e complessità dell’effettiva evoluzione del cancro.Tuttavia, ogni istanza di evoluzione del cancro in un paziente è unica, non può essere riavvolta e ripetuta, rendendo difficile prevedere la probabilità che i tumori seguano determinati percorsi.

“È qui che la modellizzazione matematica può essere un potente strumento per aiutarci a capire come si verificano i modelli che osserviamo nei tumori reali. I modelli matematici informati combinati con dati clinici, molecolari, istologici e radiologici dettagliati dai tumori della vita reale possono portare a intuizioni critiche che si tradurrà in beneficio per il paziente”.

Erik Sahai, autore e leader del gruppo del Laboratorio di biologia cellulare dei tumori al Crick afferma che “i progressi tecnologici significano che ora abbiamo più informazioni che mai sui singoli tumori, la sfida è decodificare questo a beneficio del paziente. Ciò richiede persone di grande talento che possono lavorare in diverse discipline, impegnandosi sia con i medici che con i ricercatori “di base”. La configurazione del Crick consente e incoraggia queste interazioni ed è gratificante vedere i dividendi in un lavoro come questo”.

I ricercatori continueranno a sviluppare il loro modello e ad usarlo per comprendere meglio l’evoluzione del tumore.


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