Tumore al cervello-Immagine: la metastasi (verde più chiaro) interagisce con un neurone (verde più brillante). Questo neurone è stato marcato artificialmente per la ricerca, ma è circondato da molti altri, che interagiscono anche con le metastasi. Credito: Manuel Valiente. CNIO-
Quasi la metà di tutti i pazienti con tumpri al cervello e metastasi cerebrali presenta un deterioramento cognitivo. Finora si pensava che ciò fosse dovuto alla presenza fisica del tumore che premeva sul tessuto neurale. Ma questa ipotesi di “effetto massa” è errata perché spesso non esiste alcuna relazione tra la dimensione del tumore e il suo impatto cognitivo.
I tumori piccoli possono causare cambiamenti significativi, mentre i tumori grandi possono produrre effetti lievi. Perchè questo?
La spiegazione potrebbe risiedere nel fatto che le metastasi cerebrali compromettono l’attività cerebrale, come mostra per la prima volta uno studio presentato sulla copertina di Cancer Cell.
Gli autori, del Consiglio Nazionale spagnolo delle ricerche (CSIC) e del Centro Nazionale spagnolo per la ricerca sul cancro (CNIO), hanno scoperto che quando il cancro si diffonde (metastatizza) nel cervello, cambia la chimica del cervello e interrompe la comunicazione neuronale: i neuroni comunicano attraverso impulsi generati e trasmessi da cambiamenti biochimici nelle cellule e nell’ambiente circostante.
In questo studio, i laboratori di Manuel Valiente (CNIO) e Liset Menéndez de La Prida (Istituto Cajal CSIC) hanno collaborato nell’ambito del progetto NanoBRIGHT, finalizzato allo sviluppo di nuove tecnologie per lo studio del cervello e con la partecipazione di altre agenzie come come MICINN, AECC, ERC, NIH ed EMBO.
L’intelligenza artificiale “aiuta” la ricerca
I ricercatori hanno misurato l’attività elettrica del cervello di topi con e senza metastasi e hanno osservato che le registrazioni elettrofisiologiche dei due gruppi di animali affetti da cancro erano diverse l’una dall’altra. Per essere sicuri che questa differenza fosse attribuibile alle metastasi, si sono rivolti all’intelligenza artificiale.
Hanno addestrato un algoritmo automatico con numerose registrazioni elettrofisiologiche e il modello è stato infatti in grado di identificare la presenza di metastasi. Il sistema è stato anche in grado di distinguere le metastasi da diversi tumori primari: cancro della pelle, del polmone e del seno.
Questi risultati mostrano che le metastasi influenzano effettivamente l’attività elettrica del cervello in un modo specifico, lasciando tracce chiare e riconoscibili.
Per gli autori, lo studio rappresenta un “cambio di paradigma” nella comprensione di base dello sviluppo delle metastasi cerebrali e ha implicazioni per la prevenzione, la diagnosi precoce e il trattamento di questa patologia.
Sulle tracce di un farmaco contro gli effetti neurocognitivi
Oltre a registrare i cambiamenti nell’attività elettrica cerebrale in presenza di metastasi, i ricercatori hanno iniziato a esplorare i cambiamenti biochimici che potrebbero spiegare questa alterazione. Analizzando i geni espressi nei tessuti colpiti, hanno identificato una molecola, EGR1, che potrebbe svolgere un ruolo importante in questo processo. Questa scoperta apre la possibilità di progettare un farmaco per prevenire o alleviare gli effetti neurocognitivi delle metastasi cerebrali.
Come spiega Manuel Valiente, responsabile del Gruppo Metastasi Cerebrali del CNIO, “il nostro studio multidisciplinare sfida l’ipotesi finora accettata secondo cui la disfunzione neurologica, molto comune nei pazienti con metastasi cerebrali, è dovuta esclusivamente all’effetto massa del tumore. Noi suggeriamo che questi sintomi sono una conseguenza dei cambiamenti nell’attività cerebrale derivanti da alterazioni biochimiche e molecolari indotte dal tumore. Si tratta di un cambiamento di paradigma che potrebbe avere importanti implicazioni per la diagnosi e le strategie terapeutiche”.
Liset Menéndez de la Prida, Direttrice del Laboratorio di Circuiti Neurali dell’Istituto Cajal (CSIC), afferma: “Utilizzando l‘apprendimento automatico, siamo stati in grado di integrare tutti i dati per creare un modello che ci permette di sapere se esiste o meno metastasi in un cervello, semplicemente osservando la sua attività elettrica. Questo approccio computazionale potrebbe anche essere in grado di prevedere i sottotipi di metastasi cerebrali in una fase iniziale. È un lavoro assolutamente pionieristico che apre una strada inesplorata“.
Entrambi gli autori sottolineano la natura multidisciplinare di questo studio complesso che combina neuroscienze, oncologia e analisi computazionale, ciascuna utilizzando un’ampia gamma di tecniche diverse.
Studio cognitivo dei pazienti e sviluppo di tecniche non invasive
Il cambiamento di focus portato da questo risultato significa che i ricercatori ora vogliono analizzare lo stato cognitivo dei pazienti con metastasi cerebrali in modo molto più sistematico.
Per Valiente, questo è uno dei prossimi passi più importanti. La chiave di tutto ciò sarà la Rete Nazionale sulle Metastasi Cerebrali (RENACER), avviata e coordinata dal CNIO, che è già servita a generare la più grande raccolta di campioni di metastasi cerebrali viventi al mondo (previo consenso dei pazienti, campioni di tessuto raccolti durante interventi chirurgici sono messi a disposizione della comunità scientifica internazionale nella Biobanca del CNIO) e in cui verranno ora introdotti protocolli per la valutazione neurocognitiva dei pazienti partecipanti.
Da parte sua, Liset Menéndez de La Prida lavorerà per integrare la registrazione dell’attività cerebrale con l’analisi delle molecole coinvolte, “al fine di sviluppare nuove sonde diagnostiche per i tumori cerebrali”. Questo compito è in linea con il Progetto europeo NanoBRIGHT, che mira a sviluppare tecniche non invasive per lo studio del cervello e il trattamento delle sue patologie e al quale partecipano CSIC e CNIO.
Un altro obiettivo è trovare farmaci che proteggano il cervello dalle interruzioni indotte dal cancro nei circuiti neuronali, utilizzando le strategie sopra descritte. “Cercheremo le molecole coinvolte nei cambiamenti indotti dalle metastasi nella comunicazione neuronale e le valuteremo come possibili bersagli terapeutici”, spiega Valiente.
Leggi anche:Tumore al cervello: il litio può invertire il danno da radiazione
Oltre all’intelligenza artificiale sviluppata dal team del CSIC, i ricercatori utilizzeranno la tecnologia METPlatform progettata dal CNIO per valutare la potenziale attività terapeutica di centinaia di composti contemporaneamente su campioni di tessuto cerebrale affetto da metastasi.
Fonte:Cancer Cell
