Tumore al polmone: così l'imaging hi-tech scova le cellule malate in tempo reale durante la biopsia

Identificare il cancro del polmone a livello cellulare in tempo reale durante la biopsia, con la possibilità di rilevare la malattia in tempi più rapidi, con maggiore margine di sicurezza e su cellule di dimensione inferiore a quelle rilevate finora con la tecnologia esistente. La metodologia che permette tutto ciò integra un tracciante nel vicino infrarosso (NIR) mirato al cancro con un sistema di endomicroscopia laser confocale (needle-based confocal laser endomicroscopy, nCLE) a base di ago modificato per rilevare il segnale NIR (NIR-nCLE). Il risultato consiste nella produzione rapida di immagini che consentono una discriminazione accurata tra tumore e tessuto normale.
Messa a punto dai ricercatori dell'Abramson Cancer Center dell'Università della Pennsylvania, la metodica NIR-nCLE è al centro dello studio pubblicato su Nature Communications il 17 maggio 2022 (vedi Kennedy, G.T., Azari, F.S., Bernstein, E. et al., Targeted detection of cancer at the cellular level during biopsy by near-infrared confocal laser endomicroscopy, Nat Commun 13, 2711 (2022).https://doi.org/10.1038/s41467-022-30265-z ).
Lo studio proof-of-concept analizza nella fattispecie i noduli polmonari, ma si ritiene che in futuro i risultati potranno essere estendibili ad altre neoplasie maligne e che potranno migliorare sia la resa diagnostica della diagnosi basata sulla biopsia, sia la stadiazione di piccoli noduli.

La metodologia attuale e i suoi limiti
La tecnologia attualmente utilizzata nella pratica medica per la rilevazione del cancro al polmone non fornisce ancora informazioni diagnostiche in tempo reale durante la biopsia per noduli di piccole dimensioni, quelli che si identificano casualmente e durante screening/follow-up.

L'utilizzo della tomografia computerizzata (TC) prevista dalle linee guida consente di rilevare in tutto il corpo eventuali noduli radiograficamente sospetti per la malignità. Per escludere quest’ultima, si deve procedere poi alla biopsia tissutale, la cui analisi istopatologica può richiedere tuttavia alcuni giorni per essere completata. In particolare, per i noduli piccoli di difficile accesso o di natura semi-solida, la resa diagnostica delle biopsie è ad oggi limitata, con impatto rilevante sullo stato emotivo del paziente e sui costi sanitari aggravati da procedure aggiuntive e sorveglianza radiografica.

Tra le tecniche sperimentate nei test preclinici per ottenere la rilevazione ottica del tumore in vivo in tempo reale a livello cellulare e per migliorare l'accuratezza diagnostica e della stadiazione basate sulla biopsia per piccoli noduli, vanno ricordate la spettroscopia Raman, l'endomicroscopia ottica a contrasto inverso e la microscopia fluorescence lifetime imaging. Le quali richiedono comunque un tempo analitico troppo lungo rispetto al processo decisionale, non possono essere interpretate in modo affidabile da non esperti, né offrono risoluzione a livello cellulare.

Lo studio dell'Abramson Cancer Center
Già una precedente ricerca del gruppo della Penn University aveva dimostrato come un agente di imaging, rilevato tramite la tecnologia guidata durante le biopsie in tempo reale, poteva illuminare efficacemente cellule tumorali potenzialmente troppo piccole da identificare con la tecnologia esistente (vedi Kennedy G.T., Azari F.S., Bernstein E. et al., Targeted Intraoperative Molecular Imaging for Localizing Nonpalpable Tumors and Quantifying Resection Margin Distances, JAMA Surg.2021;156(11): 1043–1050. doi:10.1001/jamasurg.2021.3757 ).

A sua volta, uno studio precedente di un altro gruppo di ricerca, nel 2019, aveva valutato la sicurezza e l'efficacia di OTL38 (a folate-indole-cyanine green-like conjugate to folate receptor alpha (FRa)) per l'imaging intraoperatorio durante la chirurgia del carcinoma ovarico epiteliale (vedi L.M. Randall, R.M. Wenham, P.S. Low, S.C. Dowdy, J.T. Tanyi, A phase II, multicenter, open-label trial of OTL38 injection for the intra-operative imaging of folate receptor-alpha positive ovarian cancer, Ginecologic Oncology, vol. 155, Issue 1, P.63-68, October 01, 2019, https://doi.org/10.1016/j.ygyno.2019.07.010 ).

Ora, sulla base del nuovo approccio di imaging basato su tecnologia NIR-nCLE dell'Abramson Cancer Center, cinque valutatori non esperti hanno diagnosticato le biopsie tissutali maligne e non maligne con una precisione del 96% e non hanno prodotto falsi negativi sui 20 campioni bioptici umani esaminati.

La tecnologia endomicroscopia laser confocale basata sul vicino infrarosso
Il metodo di “endomicroscopia laser confocale basata sul vicino infrarosso” (NIR-nCLE) combina l'imaging nel vicino infrarosso utilizzando pafolacianina con un sistema nCLE ultrasottile e flessibile per sfruttare sia la specificità del tracciante NIR mirato al cancro, sia la risoluzione a livello cellulare di CLE. Come proof-of-concept, la tecnologia è stata valutata per identificare le cellule maligne durante la biopsia dei noduli polmonari solitari (SPN), che attualmente rappresentano il nodulo incidentale più comune rilevato negli Stati Uniti. Utilizzando una serie di modelli preclinici, tra cui noduli polmonari che presentano opacità a vetro smerigliato (GGO) resecati chirurgicamente, i ricercatori hanno rilevato rapidamente e sensibilmente le cellule tumorali durante le procedure di biopsia con elevata accuratezza diagnostica rispetto all'analisi istopatologica formale.

È emerso come la tecnologia sia così precisa da identificare una singola cellula tumorale tra le cellule normali dei fibroblasti quando co-coltivata in un rapporto di 1:1000. Si tratta di una scoperta rilevante, in quanto i tumori sono costituiti da una quantità significativa di cellule non maligne e componenti extracellulari che compongono il microambiente tumorale. I tumori polmonari, in particolare, contengono elevate quantità di elementi non cancerosi, inclusa la fibrosi associata al tumore.

La stessa tecnologia consente poi di rilevare piccoli volumi di malattia nei noduli sub-solidi polmonari umani sotto i 2 cm di diametro.

Le immagini che risultano sono facilmente interpretabili in tempo reale e consentono una discriminazione altamente accurata tra tumore e tessuto normale da parte di osservatori non esperti.

I limiti dello studio
Lo studio presenta tuttavia limiti legati in parte alla novità della tecnologia. Anzitutto, la tecnologia NIR-nCLE dovrà essere valutata in vivo durante le procedure di biopsia per accertare l'impatto della variazione respiratoria, della circolazione sanguigna e degli artefatti da movimento sull'efficacia della tecnologia. In secondo luogo, una serie di elementi come, ad esempio, la posizione del piano focale, l'eterogeneità dei tessuti, il profilo di espressione del recettore e la profondità di penetrazione del segnale possono rappresentare un limite all’utilizzo del segnale di intensità della fluorescenza.

Inoltre, sia nei modelli in vitro che in quelli in vivo si è verificato un numero, seppur basso, di falsi positivi, attribuibili alla scala di fluorescenza dinamica del dispositivo CLE che regola il campo visivo al valore di intensità fluorescente più alto in quel singolo campo. Pertanto, le aree con una piccola intensità di fluorescenza assoluta possono sembrare avere un'intensità di fluorescenza relativa elevata se riprese in un campo con un'intensità di fluorescenza complessivamente bassa.

Per il futuro sarà pertanto necessario ottimizzare le scale di fluorescenza fisse e i valori di soglia, man mano che la tecnologia verrà ulteriormente sviluppata.

I commenti
“Lo studio mette in luce la possibilità di essere in grado di identificare e diagnosticare con maggiore precisione le lesioni che potrebbero essere cancerose, anche quelle molto piccole e che possono eludere le nostre tipiche capacità diagnostiche”, afferma il capo della divisione di Chirurgia toracica, professore associato di ricerca chirurgica di William Maul Measey e direttore del Center for Precision Surgery presso l'Abramson Cancer Center di Penn, Sunil Singhal.

E Gregory T. Kennedy, resident in Chirurgia generale alla Penn e primo autore dell’articolo, spiega come “la possibilità di illuminare una singola cellula che altrimenti potrebbe risultare invisibile agli occhi offre ai pazienti l’opportunità di una diagnosi precoce prima che il cancro si diffonda. Questo approccio possiede il potenziale per migliorare le informazioni che otteniamo dalle biopsie e può aumentare le nostre possibilità di identificare precocemente il cancro".

Secondo i Centers for Disease Control and Prevention (CDC), il cancro ai polmoni è il terzo tumore più comune negli Stati Uniti e più persone, uomini e donne, muoiono a causa di questo cancro rispetto a qualsiasi altro tipo. Ogni anno a più di 236.000 pazienti viene diagnosticata la malattia e ogni anno ne muoiono più di 130.000.