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Nel trattamento del cancro, la diagnosi precoce è fondamentale per prevenire le metastasi, ma le biopsie tradizionali possono essere invasive e inaffidabili. Il team del progetto SCALPEL, del Centro interuniversitario di microelettronica (IMEC) in Belgio, intende rivoluzionare questo processo con un semplice esame del sangue (o «biopsia liquida») in grado di fornire informazioni complete sul tipo e sulla progressione di cancro del paziente, offrendo la speranza di un intervento più precoce e preciso.
Liesbet Lagae, coordinatrice del progetto e direttrice della ricerca e sviluppo nel settore delle scienze della vita presso IMEC, spiega: «Trovare cellule tumorali metastatiche nel sangue è come trovare un ago in un pagliaio. Volevamo sviluppare un chip in grado di trovarle e smistarle per analizzare e comprendere il sottotipo di cancro. Anziché fare una biopsia, una “biopsia liquida” o un esame del sangue ci darebbe tutte le informazioni necessarie».
Una visione che cambia le carte in tavola
L’obiettivo di SCALPEL era ambizioso: creare una piattaforma miniaturizzata in grado di isolare e analizzare le cellule tumorali metastatiche in campioni di sangue con un intervento manuale minimo. Sviluppando un microchip compatto in grado di identificare e classificare rapidamente ogni singola cellula, il team spera di accelerare la diagnosi del cancro e di personalizzare i trattamenti per ottenere risultati migliori. Ciò rivoluzionerebbe il modo in cui i pazienti oncologici vengono monitorati e curati e consentirebbe di effettuare diagnosi in loco direttamente negli ospedali.
Per ottenere questo risultato, il team ha integrato due tecniche avanzate in un chip microfluidico. Il primo è lo smistamento microfluidico delicato, in cui un interruttore a bolle, attivato termicamente, dirige delicatamente le cellule verso diverse uscite microfluidiche, riducendo al minimo i danni alle cellule e garantendo al contempo uno smistamento rapido. Il secondo è l’individuazione senza lente, un metodo non invasivo che analizza la forma delle cellule utilizzando una guida luminosa e un sensore digitale per differenziare le cellule tumorali da quelle immunitarie.
Dal concetto al successo clinico
Nei test di laboratorio, lo strumento è riuscito a smistare le cellule a un tasso elevato, individuando in modo affidabile sia le linee di cellule tumorali metastatiche sia quelle immunitarie. Il passo successivo è stato testare la metodologia su campioni di sangue di pazienti reali. In collaborazione con i medici An Coosemans e Dirk Timmerman dell’Ospedale universitario KU Leuven di Lovanio, il team ha sperimentato la tecnologia su biopsie di pazienti affette da cancro ovarico.
SCALPEL ha superato le aspettative scoprendo che il chip era in grado di identificare anche altro oltre alle cellule tumorali metastatiche.
«Abbiamo scoperto che lo strumento rileva anche le firme immunitarie delle pazienti affette da cancro ovarico», spiega Lagae. Queste letture possono essere utilizzate per determinare il grado di risposta della paziente alla terapia.
L’iniziativa SCALPEL ha raggiunto un’altra pietra miliare contribuendo a uno studio «proof of concept» del Consiglio europeo della ricerca, dimostrando che lo stesso chip è in grado di identificare e smistare le cellule immunitarie, che potrebbero poi essere riprogrammate in potenti cellule T per attaccare il cancro.
Questa scoperta apre le porte a trattamenti personalizzati, in cui le cellule immunitarie del paziente potrebbero essere adattate al trattamento di tumori specifici, potenziando la risposta immunitaria unica di ciascun paziente.
Prototipo e potenziale
Il progetto ha dovuto affrontare una serie di sfide tecniche e cliniche, come garantire che la tecnologia potesse integrarsi perfettamente nelle pratiche del mondo reale.
Il superamento di queste barriere ha contribuito al successo del progetto. La collaborazione del team con Sarcura, una start-up austriaca di recente costituzione, sta aiutando a far avanzare il prototipo del chip verso lo sviluppo del prodotto, con il potenziale di trasformare la terapia immunocellulare. Questo classificatore cellulare compatto e ad alta produttività potrebbe rendere le future terapie cellulari più efficienti e più economiche da produrre.
Con l’evoluzione di SCALPEL, le sue applicazioni potenziali sono vaste. La tecnologia è già stata adattata per avvicinare alla realtà trattamenti oncologici personalizzati e all’avanguardia, rendendoli più accessibili e cambiando il modo di combattere il cancro. Nel frattempo, Daniela Buchmayr, amministratore delegato di Sarcura, prevede che il primo classificatore cellulare a microchip sarà lanciato sul mercato nel 2027.