Genoma umano-Immagine Credit Public Domain-
Tecniche di imaging come la tomografia computerizzata (CT) o la tomografia a emissione di positroni (PET) sono oggi indispensabili per la diagnosi e la localizzazione di molte malattie. Una procedura recentemente sviluppata consente ora di utilizzare la PET specificamente sulla base dei cambiamenti nel genoma umano.
La combinazione della PET con la tomografia computerizzata (CT) e il radiotracciante fluoro-18-fluorodeossiglucosio (FDG) ha stabilito il ruolo della PET-CT come strumento diagnostico clinico, in particolare in oncologia. Tuttavia, la via per sbloccare l’intero potenziale della PET nella visualizzazione della patobiologia spaziotemporale, nella caratterizzazione delle trasformazioni genetiche che generano resistenza e nell’identificazione della progressione della malattia individuale risiede nell’individuazione accurata di marcatori molecolari, molti dei quali possono essere valutati tramite le migliaia di radiotraccianti già esistenti. Questi radiotraccianti, compilati nel database NIH di imaging molecolare e agenti di contrasto (MICAD), rappresentano la chiave definitiva per sviluppare la PET in uno strumento diagnostico, predittivo e prognostico clinicamente rilevante per tutti i tipi di malattie umane, nonché una forza trainante dietro la realizzazione della medicina molecolare personalizzata nell’uso clinico di routine.
Recentemente, l’imaging molecolare basato sulla PET ha avuto successi spettacolari con lo sviluppo di diversi radiotraccianti che prendono di mira specifiche cellule tumorali o cellule dell’ambiente tumorale, come PSMA o FAPI. Tuttavia, nonostante decenni e miliardi di dollari spesi nella ricerca, ancora meno dell’1% dei radiotraccianti sviluppati arriva in clinica. Uno dei motivi di questo collo di bottiglia traslazionale è legato alla fondamentale mancanza di conoscenza riguardo alla totalità delle molecole che possono essere prese di mira con il repertorio di agenti di imaging molecolare disponibili, nonché alla rilevanza di queste molecole nell’intero spettro delle malattie umane.
La nuova imaging basato sul genoma ha il potenziale per la diagnosi precoce di cancro, malattie cardiache e demenza, nonché per un’ampia varietà di altre malattie. I ricercatori descrivono le loro scoperte nel loro articolo “The Imageable Genome“, pubblicato a metà novembre sulla rivista Nature Communications.
L’identificazione del “Genoma immaginabile”
La decodifica del genoma umano è stata a lungo considerata una via d’accesso alla diagnosi precoce di cancro, malattie cardiache e disturbi neurologici. Tuttavia, uno dei problemi principali rimaneva la traduzione delle nuove scoperte genomiche in test medici facilmente applicabili come l’imaging. La prima descrizione del “genoma immaginabile”, come i ricercatori chiamano il loro metodo, fornisce ora una soluzione a questo problema.
“Il genoma immaginabile rappresenta la parte del genoma umano la cui espressione può essere valutata con l’imaging medico“, spiega il Prof. Dr. Martin Walter, Professore titolare di scienze mediche all’Università di Lucerna e specialista in medicina nucleare alla Hirslanden Klinik St. Anna, che ha guidato il gruppo di ricerca. “Questo genoma cambia durante lo sviluppo e la progressione di praticamente ogni malattia umana“. Per descrivere il genoma immaginabile, il gruppo di ricerca ha dovuto sviluppare nuovi metodi che colmino il divario tra big data, genomica e imaging medico.
“Il nostro primo compito è stato identificare ogni singolo gene del genoma immaginabile nella letteratura medica esistente, che comprende diversi milioni di pubblicazioni“, afferma il Dottor Pablo Jané dell’Ospedale universitario di Ginevra. A tal fine Jané ha sviluppato un metodo che combina l’intelligenza umana e artificiale “e registra ed elabora l’intera letteratura medica pubblicata”. Questo sviluppo ha permesso consecutivamente di descrivere l’intero genoma immaginabile.
Spiegano gli autori:
“La nostra pipeline ha identificato 6387 pubblicazioni che descrivono 9285 associazioni radiotracciante-gene. Questi radiotraccianti prendono di mira i prodotti di 1173 geni immaginabili, che costituiscono il genoma immaginabile. Il genoma immaginabile è in costante crescita e attualmente comprende 1166 geni situati su tutti i cromosomi tranne il cromosoma Y e 7 geni codificanti proteine sul DNA mitocondriale umano. Ha un modello di espressione diversificato in diversi organi sani e un’elevata occupazione nelle principali malattie umane, con la maggior parte dei geni immaginabili associati a più malattie. Alcuni geni immaginabili sono presi di mira più frequentemente e mostrano un’espressione correlativa, indicando applicazioni di imaging molecolare sinergiche. La maggior parte dei prodotti genici immaginabili si trovano sulla membrana plasmatica cellulare e funzionano come recettori di segnalazione. Reclutando l’occupazione di ciascun gene immaginabile tramite DisGeNET, abbiamo scoperto che i domini della malattia più frequenti includono neurologia, cardiologia e oncologia“.
Applicazione clinica del nuovo metodo
“Il nostro secondo compito era scoprire se il genoma immaginabile consente nuovi test diagnostici per le malattie umane“, afferma il Dott. Xioaying Xu dell’Università di Lucerna, sotto la cui guida il genoma immaginabile è stato correlato con i dati genomici individuali di oltre 60.000 pazienti. In tal modo, i ricercatori hanno identificato nuove opzioni di test che possono aiutare a diagnosticare, localizzare e infine trattare meglio un’ampia gamma di malattie umane, in particolare in neurologia, cardiologia e oncologia.
“Il passo finale”, aggiunge il radiochimico capo del gruppo di ricerca, il Dottor Taelman dell’Università di Lucerna, “è stato quello di identificare i test di imaging più adatti per mettere in pratica il nuovo metodo e portare così benefici tangibili al paziente“.
Per dimostrare l’ampia applicabilità del loro approccio, i ricercatori hanno identificato nella loro pubblicazione nuovi test di imaging per il morbo di Alzheimer, il disturbo bipolare, la schizofrenia, la malattia coronarica, varie forme di cardiomiopatia e una varietà di tumori diversi.
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“Consideriamo il genoma immaginabile come la chiave con cui le nuove scoperte della genomica possono essere tradotte in procedure di imaging“, afferma Martin Walter. “In questa chiave vediamo un grande potenziale per ulteriori ricerche mediche e innovazioni nel campo dei Big Data e dell’intelligenza artificiale “, continua Walter.
Fonte: Nature
