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Il DNA microbico nel sangue potrebbe contribuire ad identificare chi ha cancro

Quando Gregory Poore era una matricola in istituto universitario, suo nonna altrimenti in buona salute è stato colpito per imparare che ha avuta cancro del pancreas della tardi-fase. La circostanza è stata diagnosticata alla fine di dicembre. È morto a gennaio.

“Non ha avuta virtualmente segnali di pericolo o sintomi,„ Poore ha detto. “Nessuno potrebbe dire perché il suo cancro non è stato individuato più presto o perché era resistente al trattamento essi ha provato.„

Poichè Poore è venuto ad imparare con i suoi studi di istituto universitario, il cancro tradizionalmente è stato considerato una malattia del genoma umano -; le mutazioni nei nostri geni permettono che le celle evitino la morte, che proliferano e che formano i tumori.

Ma quando Poore ha veduto uno studio 2017 nella scienza che ha mostrato come i microbi hanno invaso una maggioranza dei cancri del pancreas e potevano ripartire la droga principale della chemioterapia data a questi pazienti, è stato intrigato dall'idea che i batteri ed i virus potrebbero svolgere un più grande ruolo nel cancro che chiunque precedentemente aveva considerato.

Poore è corrente uno studente di MD/Ph.D. alla scuola di medicina di San Diego dell'università di California, in cui sta conducendo il suo lavoro laureato di tesi nel laboratorio del cavaliere, del Ph.D., di professore e di Direttore di Rob del centro per l'innovazione di Microbiome.

Insieme ad un gruppo interdisciplinare di collaboratori, Poore ed il cavaliere hanno messo a punto un metodo novello per identificare chi ha cancro e spesso che digitano, semplicemente analizzando i reticoli di DNA microbico -; batterico e virale -; presente nel loro sangue.

Lo studio, pubblicato l'11 marzo 2020 in natura, può cambiare come il cancro è osservato e diagnosticato.

Quasi tutti gli sforzi precedenti di ricerca sul cancro hanno presupposto che i tumori fossero ambienti sterili e trascurassero l'interazione complessa le cellule tumorali umane possono avere con i batteri, i virus ed altri microbi in cui viva e sui nostri organismi.

Il numero dei geni microbici nei nostri organismi oltrepassa notevolmente il numero dei geni umani, in modo da che non dovrebbe essere sorprendente che ci danno le bugne importanti alla nostra salubrità.„

Cavaliere, Ph.D., professore e Direttore di Rob del centro per l'innovazione di Microbiome

reticoli microbici Cancro-associati

I ricercatori in primo luogo hanno esaminato i dati microbici disponibili dall'atlante del genoma del Cancro, un database dell'istituto nazionale contro il cancro che contiene informazioni genomiche ed altre da migliaia di tumori pazienti. Alla conoscenza del gruppo, era il più grande sforzo deciso mai per identificare il DNA microbico nei dati d'ordinamento umani.

Da 18.116 campioni del tumore, rappresentanti 10.481 paziente con 33 tipi differenti del cancro, è emerso impronte microbiche distinte, o reticoli, connessi con i tipi specifici del cancro. Alcuni sono stati preveduti, quale l'associazione fra il papillomavirus umano (HPV) e cancri cervicali, capi e di collo e l'associazione fra le specie di fusobatterio ed i cancri gastrointestinali. Ma il gruppo egualmente ha identificato le impronte microbiche precedentemente sconosciute che hanno discriminato forte fra i tipi del cancro. Per esempio, la presenza di specie di Faecalibacterium ha distinto il tumore del colon da altri cancri.

Armato con i profili del microbiome di migliaia di campioni del cancro, i ricercatori poi hanno preparato e verificato le centinaia di modelli di apprendimento automatico per associare determinati reticoli microbici con la presenza di cancri specifici. I modelli di apprendimento automatico potevano identificare il tipo del cancro di un paziente facendo uso soltanto dei dati microbici dal suo sangue.

I ricercatori poi hanno eliminato di prima scelta (fase III ed IV) i cancri dal gruppo di dati ed hanno trovato che molti tipi del cancro erano ancora distinguibili nelle fasi precedenti quando conta solamente sui dati microbici sangue-derivati. I risultati ostacolati anche quando il gruppo ha realizzato la decontaminazione di bioinformatica più rigorosa sui campioni, che hanno eliminato più di 90 per cento dei dati microbici.

Applicazione della prova microbica del DNA

Per determinare se questi reticoli microbici potessero essere utili nel mondo reale, il cavaliere, Poore ed il gruppo analizzati sangue-hanno derivato i campioni del plasma da 59 pazienti di consenso con carcinoma della prostata, da 25 con il cancro polmonare e da 16 con il melanoma, se dai collaboratori al centro del Cancro di Moores a salubrità di Uc San Diego. L'uso dei nuovi strumenti che si sono sviluppati per minimizzare la contaminazione, i ricercatori ha sviluppato una lettura delle impronte microbiche per ogni campione del malato di cancro e le ha confrontate l'un l'altro ed ai campioni da 69 sani, volontari HIVnegativi del plasma, se dal centro di ricerca del HIV Neurobehavioral alla scuola di medicina di Uc San Diego.

I modelli dell'apprendimento automatico del gruppo potevano distinguere la maggior parte della gente con cancro da quelle senza. Per esempio, i modelli potrebbero identificare correttamente una persona con il cancro polmonare con la sensibilità di 86 per cento e una persona senza affezione polmonare con una specificità di 100 per cento. Potrebbero dire spesso quali partecipanti hanno avuti quale dei tre tipi del cancro. Per esempio, i modelli hanno potuto distinguere correttamente fra una persona con carcinoma della prostata e una persona con il cancro polmonare con la sensibilità di 81 per cento.

“La capacità, in un singolo tubo di sangue, di avere un profilo completo del DNA del tumore (natura) come pure il DNA del microbiota del paziente (consolidi), per così dire, è un passo avanti importante nelle migliori interazioni di comprensione dell'host-ambiente nel cancro,„ ha detto il co-author Sandip Pravin Patel, MD, un oncologo medico e co-dirigenti di terapeutica sperimentale al centro del Cancro di Moores a salubrità di Uc San Diego.

“Con questo approccio, c'è il potenziale di riflettere col passare del tempo questi cambiamenti, non solo come sistema diagnostico, ma per il video terapeutico a lungo termine. Ciò potrebbe avere implicazioni importanti per la cura dei malati di cancro e nell'individuazione tempestiva di cancro, se questi risultati continuano a sostenere in ulteriore prova.„

Confronto ai sistemi diagnostici correnti del cancro

Secondo Patel, la diagnosi della maggior parte dei cancri corrente richiede la biopsia o la rimozione chirurgica di un campione dal sito del cancro e dall'analisi sospettati del campione dagli esperti che cercano gli indicatori molecolari connessi con determinati cancri. Questo approccio può essere dilagante, che richiede tempo e costoso.

Parecchie società ora stanno sviluppando “le biopsie liquide„ -; i metodi per diagnosticare rapidamente i cancri specifici facendo uso di un tiraggio semplice e delle tecnologie di sangue che li permettono di individuare le mutazioni genetiche umane Cancro-specifiche nel fare circolare il DNA hanno sparso dai tumori. Questo approccio può già essere usato per riflettere la progressione dei tumori per alcuni tipi di cancri già diagnosticati, ma ancora non è approvato dagli Stati Uniti Food and Drug Administration (FDA) per uso diagnostico.

“Mentre c'è stato progresso stupefacente nell'area della biopsia liquida e della rilevazione di cancro iniziale, le biopsie liquide correnti non possono ancora distinguere attendibilmente la variazione genetica normale da vero cancro in anticipo e non possono prendere i cancri in cui le alterazioni genomiche umane non sono conosciute o non sono rilevabili,„ hanno detto Patel, che egualmente servisce da vice direttore del centro di San Diego per immunoterapia di precisione.

Ecco perché c'è spesso un rischio che le biopsie liquide correnti restituiranno i risultati del falso negativo nella regolazione del carico basso di malattia. “È una mutazione genetica umana molto rara difficile da trovare in una cella rara sparsa da un tumore,„ Patel ha detto. “Sono facili da trascurare e potreste essere dettvi che non abbia cancro, quando realmente fate.„

Secondo i ricercatori, un vantaggio di rilevazione del cancro basato su DNA microbico, confrontato a fare circolare il DNA umano del tumore, è la sua diversità fra le parti del corpo differenti. Il DNA umano, al contrario, è essenzialmente lo stesso in tutto l'organismo. Non contando sui cambiamenti rari del DNA dell'essere umano, lo studio suggerisce che alle le letture microbiche basate a sangue del DNA possano potere individuare esattamente la presenza ed il tipo di cancri nelle fasi precedenti che le prove liquide correnti di biopsia come pure per i cancri che mancano delle mutazioni genetiche rilevabili da quelle piattaforme.

Limitazioni ed avvertenze

I ricercatori sono rapidi precisare che c'è ancora la possibilità che alle le letture microbiche basate a sangue del DNA potrebbero mancare i segni di cancro e restituire un risultato del falso negativo. Ma prevedono che il loro nuovo approccio diventi più accurato come raffinano i loro modelli di apprendimento automatico con più dati.

E mentre i falsi negativi possono essere meno comuni con l'approccio microbico del DNA, falsi positivi -; sentendovi abbia cancro quando non fate -; è ancora un rischio.

Patel ha detto che solo perché un cancro è individuato presto, non significa che richiede sempre il trattamento immediato. Alcuni cambiamenti del DNA sono non cancerogeni, cambiamenti relativi invecchiare, inoffensivi o aauto-risoluzione. Non sapreste mai circa loro senza la prova. Ecco perché più selezione e più diagnosi del cancro non potrebbero sempre essere una buona cosa, Patel ha detto e dovrebbe essere determinato dai clinici esperti.

Il gruppo egualmente ha avvertito che anche se una lettura microbica indica il cancro, il paziente probabilmente richiederebbe le prove supplementari per confermare la diagnosi, per determinare la fase del tumore e per identificare la sua posizione esatta.

Sguardo in avanti

Il cavaliere ha detto che molte sfide ancora si situano avanti mentre il suo gruppo ulteriore sviluppa queste osservazioni iniziali in un test diagnostico approvato dalla FDA per cancro. Soprattutto, devono convalidare i loro risultati in una popolazione paziente molto più grande e più diversa, un'impresa costosa. Devono definire che cosa ad una lettura microbica basata a sangue “sana„ potrebbe assomigliare fra a molti, diversa gente. Egualmente vorrebbero determinare se le impronte che microbiche possono individuare nel sangue umano stanno venendo dai microbi in tensione, dai microbi morti o dai microbi morti che hanno scoppiato aperto, disperdenti i loro contenuti -; una comprensione che potrebbe aiutarle per raffinare e migliorare il loro approccio.

Per avanzare alle le letture microbiche basate a sangue del DNA attraverso i punti seguenti verso approvazione regolatrice, la commercializzazione e l'applicazione clinica di un test diagnostico, di un cavaliere e di un Poore file le richieste di brevetto ed hanno fondato una società dello spinout chiamata Micronoma, con il co-author Sandrine Miller-Montgomery, il PhD, professore di pratica nel banco di Jacobs di assistenza tecnica ed in direttore esecutivo del centro per l'innovazione di Microbiome a Uc San Diego.

L'ultimo studio può richiedere le variazioni importanti nel campo di biologia del cancro, Poore ha detto.

“Per esempio, è pratica comune affinchè i microbiologi utilizzi molti controlli della contaminazione nei loro esperimenti, ma questi sono stati utilizzati storicamente raramente negli studi del cancro,„ ha detto. “Speriamo che questo studio incoraggi i ricercatori futuri del cancro ad essere “da microbi coscienti. “„

I ricercatori egualmente suggeriscono che sistemi diagnostici del cancro possa soltanto essere l'inizio per il microbiome Cancro-associato recentemente scoperto di sangue.

“Questa nuova comprensione dello spostamento di popolazioni microbico di modo con cancro potrebbe aprire un viale terapeutico completamente nuovo,„ Miller-Montgomery ha detto. “Ora sappiamo che i microbi c'è, ma che cosa stanno facendo? E potremmo manipolare o imitare questi microbi per trattare il cancro?„

Source:
Journal reference:

Poore, G.D., et al. (2020) Microbiome analyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2095-1.