La tecnologia ultrasensibile della biopsia liquida rileva il cancro prima dei metodi standard

Un metodo che utilizza l'intelligenza artificiale per rilevare il DNA tumorale nel sangue ha dimostrato una sensibilità senza precedenti nel prevedere la recidiva del cancro, secondo uno studio condotto da scienziati della Weill Cornell Medical School, NewYork-Presbyterian, New York Genome Center (NYGC) e Memoriale dello Sloan Kettering (MSK). La nuova tecnologia ha il potenziale per migliorare il trattamento del cancro rilevando le recidive molto precocemente e monitorando attentamente la risposta del tumore alla terapia.

In uno studio pubblicato il 14 giugno sulla rivista Nature Medicine, i ricercatori hanno dimostrato di essere in grado di addestrare un modello di apprendimento automatico, un tipo di piattaforma di intelligenza artificiale, per rilevare il DNA tumorale circolante (ctDNA) sulla base dei dati di sequenziamento del DNA dei pazienti esami del sangue con sensibilità e accuratezza molto elevate. Hanno dimostrato con successo la tecnologia in pazienti affetti da cancro ai polmoni, melanoma, cancro al seno, cancro al colon e polipi precancerosi del colon.

"Siamo stati in grado di ottenere miglioramenti significativi nel rapporto segnale-rumore, consentendoci, ad esempio, di rilevare la recidiva del cancro mesi o addirittura anni prima dei metodi clinici standard", ha affermato il coautore dello studio, il Dott. Dan Landau, Professore di medicina presso il Dipartimento di Ematologia e Oncologia Medica della Weill Cornell Medical School e membro principale del New York Genome Center.

Il coautore e primo autore dello studio è stato il dottor Adam Widman, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Landau che è anche oncologo del seno presso MSK. Altri primi autori sono stati Minita Shah del NYGC, la dottoressa Amanda Friedendahl dell'Università di Aarhus e Daniel Halmos del NYGC e della Weill Cornell Medical School.

Per molto tempo la tecnologia della biopsia liquida non è stata in grado di realizzare il suo grande potenziale. La maggior parte degli approcci esistenti prende di mira gruppi relativamente piccoli di mutazioni associate al cancro che sono spesso troppo rare nel sangue per essere rilevate in modo affidabile, portando a sottostimare le recidive del cancro.

Diversi anni fa, il dottor Landau e i suoi colleghi hanno sviluppato un approccio alternativo basato sul sequenziamento dell'intero genoma del DNA nei campioni di sangue. Hanno dimostrato che in questo modo è possibile raccogliere molti più “segnali”, consentendo un rilevamento più sensibile e logisticamente più semplice del DNA tumorale. Da allora, questo approccio è stato adottato sempre più dagli sviluppatori di biopsia liquida.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno fatto un ulteriore passo avanti, utilizzando una strategia avanzata di apprendimento automatico (simile a quella utilizzata nelle popolari applicazioni di intelligenza artificiale come ChatGPT) per rilevare modelli sottili nel sequenziamento dei dati, in particolare per distinguere modelli indicativi di presenza del cancro, da modelli che indicano errori di sequenziamento e altro "rumore".

In un test, i ricercatori hanno addestrato il loro sistema, che hanno chiamato MRD-EDGE, a riconoscere mutazioni tumorali specifiche del paziente in 15 pazienti affetti da cancro al colon. Dopo l’intervento chirurgico e la chemioterapia, il sistema ha previsto, sulla base dei dati del sangue, che nove di loro avevano ancora il cancro. In cinque di questi pazienti, la recidiva è stata successivamente rilevata diversi mesi dopo con metodi meno sensibili. Tuttavia, non si sono verificati falsi negativi: nessuno dei pazienti considerati esenti da DNA tumorale da MRD-EDGE ha avuto una recidiva durante il periodo di studio.

MRD-EDGE ha dimostrato una sensibilità simile negli studi su pazienti con carcinoma polmonare in stadio iniziale e carcinoma mammario triplo negativo, rilevando precocemente tutte le recidive tranne una e monitorando lo stato del tumore durante il trattamento.

I ricercatori hanno dimostrato che MRD-EDGE può persino rilevare il DNA mutante degli adenomi precancerosi del colon, i polipi da cui si sviluppano i tumori del colon.

"Non era chiaro se questi polipi potessero rilasciare ctDNA rilevabile, quindi si tratta di un progresso significativo che potrebbe indicare strategie future volte a rilevare cambiamenti precancerosi", ha affermato il dottor Landau, che è anche membro del Sandra and Edward Meyer Cancer Center presso la Weill Cornell Medical School e come ematologo-oncologo presso il NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center.

Infine, i ricercatori hanno dimostrato che, anche senza una formazione preliminare sui dati di sequenziamento del tumore dei pazienti, MRD-EDGE è in grado di rilevare le risposte immunoterapeutiche nei pazienti con melanoma e cancro ai polmoni settimane prima del rilevamento utilizzando l'imaging a raggi X standard.

"Nel complesso, MRD-EDGE risponde a una grande esigenza e siamo entusiasti del suo potenziale e stiamo lavorando con partner del settore per cercare di portarlo ai pazienti", ha affermato il dottor Landau.