Analysis of blood-based markers as predicting tools of pathologic tumour response in rectal cancer patients receiving neo-adjuvant chemoradiotherapy

La radiochemioterapia neoadiuvante (pCRT) è un protocollo standard accettato per il trattamento di pazienti con cancro rettale localmente avanzato. Il trattamento preoperatorio multimodale è stato introdotto per la riduzione dello stadio del tumore, per l’aumento della risposta completa patologica e per il controllo locale della malattia. Tuttavia la risposta patologica al trattamento non è uniforme e varia da una risposta completa alla resistenza totale. La scoperta di nuovi marcatori molecolari in grado di predire la risposta del tumore è sicuramente di grande interesse al fine di personalizzare la terapia, riducendo così i tempi, i costi e gli effetti collaterali nei pazienti con tumori resistenti. Molti potenziali biomarcatori sono stati valutati con l’obiettivo di prevedere la risposta alla pCRT, e di attuare terapie mirate. Finora molti studi su singolo o multi-marcatore sono stati eseguiti prevalentemente su biopsie di tessuto pre-trattamento. I risultati ottenuti, tuttavia, erano spesso contrastanti dimostrando l'eterogeneità individuale della risposta tumorale al trattamento. Inoltre, la predizione della risposta istopatologica alla pCRT è complicata dall’interazione e dal coinvolgimento del microambiente che può modulare la sensibilità del tumore al trattamento. In questo studio, abbiamo sviluppato metodi di analisi di biomarcatori su sangue, al fine di valutare la risposta del tumore al trattamento in un contesto più ampio, che rende conto non solo dell’ambiente strettamente tumorale, ma che prende in considerazione anche il microambiente come parte di un sistema unico. Infatti, la natura non invasiva del materiale biologico analizzato e il dinamismo per cui molecole differenti possono essere rilevate secondo lo stato fisiologico e patologico dell’organismo, ci hanno permesso di monitorare la risposta lungo il tempo di somministrazione del trattamento. In particolare, ci siamo concentrati su due diversi tipi di molecole circolanti: il DNA libero da cellule (cfDNA) e i peptidi a basso peso molecolare (Low Molecular Weight, LMW). In particolare, abbiamo studiato la presenza, la quantità e l’integrità del cfDNA durante il trattamento radio-chemioterapico. A questo scopo abbiamo misurato la concentrazione e l'integrità del cfDNA (cfDNA integrity=cfDNA apoptotico/cfDNA totale) in uno studio prospettico di plasma di pazienti con carcinoma rettale localmente avanzato, raccolto prima della pCRT, dopo due settimane dall'inizio del trattamento e dopo la pCRT. Abbiamo valutato l'associazione di questi marcatori con la risposta istologica alla chemio-radio terapia, dimostrando la presenza di diversa cinetica nell’integrità del cfDNA, in associazione con la risposta tumorale. Nel plasma, abbiamo quindi studiato il peptidoma circolante a basso peso molecolare, al fine di trovare potenziali differenze nel profilo peptidico che potessero riflettere la risposta tumorale. Per superare le difficoltà tecniche nella rilevazione dei peptidi circolanti a basso peso molecolare, abbiamo utilizzato una strategia basata sull’esclusione dimensionale di un chip di silice mesoporosa (MSC), sviluppato dal Dipartimento Nanomedicina del The Methodist Hospital Research Institute di Houston, Texas. Questo dispositivo mesoporoso, in combinazione con l’utilizzo dello spettrometro di massa MALDI-TOF MS (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization-Time Of Flight Mass Spectrometry), consente l'efficiente rimozione di grandi proteine e l'isolamento del peptidoma circolante da campioni di fluidi corporei. Abbiamo analizzato il plasma di pazienti con cancro rettale, prelevato in diversi tempi (prima, durante, dopo la chemio-radio terapia) e stratificati secondo la risposta positiva o negativa alla pCRT. L'analisi multivariata del profilo peptidico nei diversi tempi di analisi ha identificato combinazioni di peptidi che evidenziavano un’elevata capacità discriminante della risposta tumorale. In particolare, il modello di regressione logistica ha evidenziato, prima della pCRT, una combinazione di cinque specie ioniche capace di identificare i pazienti che non rispondono al trattamento, con una sensibilità e una specificità del 80%; mentre la stessa analisi con i campioni raccolti dopo la pCRT, ha identificato un'altra combinazione di cinque specie ioniche che evidenziano una sensibilità del 80% e una specificità del 85%. Inoltre, l'identificazione delle sequenze amminoacidiche di alcune tra le specie ioniche discriminanti la risposta alla pCRT, hanno rivelato la presenza di frammenti proteici che possono essere direttamente o indirettamente utili per ulteriori indagini sui meccanismi di resistenza del tumore rettale alla radio-chemio terapia neo-adiuvante