Un team di bioingegneri della Rice University ha sviluppato un nuovo metodo per creare campioni di pazienti “fittizi” estremamente realistici, che potrebbero contribuire ad accelerare lo sviluppo di test di screening per il cancro cervicale più rapidi e accessibili, soprattutto in contesti con risorse limitate.
Lo studio, condotto da ricercatori del Dipartimento di Bioingegneria della Rice University in collaborazione con la Emory University e i medici del MD Anderson Cancer Center dell’Università del Texas, affronta un problema critico nella salute globale: la mancanza di campioni affidabili e reali necessari per progettare e validare strumenti di screening point-of-care di nuova generazione per il papillomavirus umano ad alto rischio, il virus responsabile di quasi tutti i casi di cancro cervicale. La ricerca è stata recentemente pubblicata sul Journal of Medical Virology .
“Il cancro cervicale è altamente prevenibile con uno screening efficace, ma milioni di donne non hanno ancora accesso a questi strumenti”, ha affermato Rebecca Richards-Kortum, professoressa universitaria titolare della cattedra Malcolm Gillis alla Rice University, co-direttrice del Rice360 Institute for Global Health Technologies e autrice corrispondente dello studio. “Il nostro obiettivo è aiutare i ricercatori a sviluppare test migliori più rapidamente, fornendo loro campioni che riflettano fedelmente ciò che i medici osservano nelle pazienti.”
Gli attuali test HPV considerati standard di riferimento si basano su tecniche di amplificazione degli acidi nucleici per rilevare il DNA virale o l’RNA messaggero (mRNA). Sebbene altamente sensibili, questi test sono spesso costosi e richiedono attrezzature specializzate, il che ne rende difficile l’utilizzo nei paesi a basso e medio reddito, dove si registra la maggior parte dei decessi per cancro cervicale.
“Facilitare la validazione e l’ampliamento delle tecnologie che estendono l’accesso alla prevenzione del cancro cervicale è essenziale per l’eliminazione globale di questa patologia, soprattutto nei contesti con risorse limitate, dove l’accesso è urgentemente necessario”, ha affermato la dottoressa Mila Salcedo, professoressa associata di Oncologia Ginecologica e Medicina della Riproduzione presso l’MD Anderson e una delle autrici dello studio.
Per sviluppare alternative più economiche e utilizzabili direttamente sul luogo di cura, i ricercatori spesso si affidano a campioni semplificati o sintetici nelle prime fasi di sperimentazione. Tuttavia, questi campioni spesso non riescono a riprodurre la complessità biologica dei veri campioni cervicovaginali, il che può causare ritardi o insuccessi quando i test vengono valutati in ambito clinico.
“Non tutte le infezioni da HPV si presentano allo stesso modo”, ha affermato la prima autrice Emilie Newsham Novak, ex dottoranda in bioingegneria presso il laboratorio di Richards-Kortum. “La quantità di DNA virale, la sua integrazione o meno nelle cellule umane, la presenza di mRNA virale e persino elementi come sangue o muco possono variare notevolmente da paziente a paziente. Se il test non è progettato tenendo conto di questa variabilità, potrebbe non essere efficace in un contesto clinico reale.”
Per comprendere meglio tale variabilità, i ricercatori hanno analizzato 32 campioni cervicovaginali HPV-positivi raccolti da pazienti in cura. Hanno misurato diversi fattori rilevanti per le prestazioni del test, tra cui i livelli di DNA virale e la sua struttura, i livelli di mRNA virale, il numero e la composizione cellulare e potenziali inibitori come l’emoglobina.
I risultati hanno rivelato una notevole diversità. I livelli di DNA virale variavano fino a otto ordini di grandezza tra i campioni, mentre i livelli di mRNA coprivano quasi nove ordini di grandezza. La percentuale di DNA virale integrato nelle cellule umane (un importante indicatore della progressione del cancro) variava dallo 0% al 100%. I ricercatori hanno spiegato che questo tipo di variabilità è il motivo per cui lo sviluppo di strumenti diagnostici può essere così complesso, ma i loro risultati hanno anche fornito un modello per definire le condizioni di test realistiche.
Sfruttando queste conoscenze, i ricercatori hanno creato un metodo standardizzato per generare campioni artificiali che imitano fedelmente i campioni reali dei pazienti. Il loro approccio combina:
- Campioni di riferimento negativi all’HPV per replicare l’ambiente biologico naturale
- Cellule o DNA positivi all’HPV per simulare l’infezione
- mRNA e altri componenti per riflettere lo stato della malattia
- Livelli controllati di potenziali inibitori come il sangue
I ricercatori hanno dimostrato che questi campioni simulati si comportano come veri campioni clinici se testati con metodi di laboratorio standard e un test HPV commerciale. L’obiettivo è consentire agli sviluppatori di test di valutare sistematicamente le prestazioni dei loro test in un’ampia gamma di condizioni realistiche prima ancora di avviare una sperimentazione clinica, riducendo così significativamente i tempi di sviluppo di nuove diagnostiche per l’HPV. Ciò è particolarmente importante per le nuove tecnologie progettate per l’utilizzo sul luogo di cura, senza la necessità di accedere a complesse infrastrutture di laboratorio: un aspetto fondamentale per consentire approcci di “screening e trattamento”, in cui i pazienti possono essere testati e trattati in un’unica visita, riducendo le perdite al follow-up.
“Strumenti migliori significano diagnosi precoce, e la diagnosi precoce salva vite umane”, ha affermato Richards-Kortum. “Se riusciamo a rendere accessibili a un maggior numero di donne in tutto il mondo gli screening efficaci e a prezzi contenuti, sarà un passo fondamentale verso l’eliminazione del cancro cervicale come minaccia per la salute pubblica”.
ASTRATTO
Quasi tutti i casi di cancro cervicale sono causati da infezioni da papillomavirus umano ad alto rischio (hrHPV). L’Organizzazione Mondiale della Sanità raccomanda lo screening per l’hrHPV mediante test di amplificazione degli acidi nucleici (NAAT) che rilevano il DNA o l’mRNA dell’hrHPV. La mancanza di accesso a test di screening rapidi ed economici in contesti con risorse limitate porta le donne a presentarsi con un cancro cervicale in stadio avanzato, con molte di loro che muoiono a causa della malattia. Esiste una forte necessità di sviluppare test NAAT rapidi per migliorare lo screening e la diagnosi precoce. Poiché l’accesso a campioni clinici reali è limitato, la valutazione iniziale dei test NAAT viene spesso eseguita utilizzando campioni artificiali creati con una combinazione di DNA di hrHPV estratto e/o cellule positive all’hrHPV coltivate. Quando i campioni artificiali non riproducono adeguatamente il contenuto dei campioni cervicovaginali clinici, ciò può ritardare la traslazione clinica di test potenzialmente promettenti. Per migliorare il valore dei campioni artificiali, abbiamo caratterizzato la composizione di 32 campioni cervicovaginali clinici positivi al DNA di hrHPV. Descriviamo inoltre un metodo semplice per generare campioni artificiali che simulano la diversità dei campioni cervicovaginali clinici e li testiamo utilizzando gli stessi metodi impiegati per caratterizzare i campioni clinici. I risultati mostrano che il contenuto di DNA di hrHPV nei campioni cervicovaginali varia di circa otto ordini di grandezza e spazia dal 100% di DNA lineare integrato al 100% di DNA circolare non integrato, che anche la concentrazione di mRNA di hrHPV varia di quasi nove ordini di grandezza tra i campioni dei pazienti e che la concentrazione di potenziali inibitori come l’emoglobina varia di oltre tre ordini di grandezza. Il DNA e l’mRNA di hrHPV estratti dai campioni artificiali hanno mostrato i modelli attesi di quantità di DNA, conformazione del DNA e quantità di mRNA. Nel complesso, i protocolli qui descritti per generare campioni simulati possono aiutare gli sviluppatori di NAAT a ottimizzare le prestazioni del test prima della valutazione clinica, migliorando potenzialmente le prestazioni del test e riducendo i tempi di implementazione.
Emilie Newsham Novak et al,
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