Previsione delle metastasi tumorali utilizzando un modello radiomico di fusione di organo bersaglio/lesione primaria

La metastasi è un'importante caratteristica biologica dei tumori maligni ed è anche il principale fattore che influenza l'esito dei pazienti affetti da cancro. La morte diretta della maggior parte dei pazienti affetti da cancro è l’effetto massa delle lesioni metastatiche o della perdita della funzione metastatica dell’organo bersaglio. Pertanto, è diventato uno dei compiti urgenti e ardui nel campo dell'oncologia esplorare il meccanismo fisiopatologico delle metastasi tumorali maligne e trovare nuovi bersagli per formare nuovi metodi per la diagnosi precoce e il trattamento delle metastasi tumorali.

La metastasi tumorale è un processo continuo e graduale. Le cellule tumorali nel tumore primario proliferavano, le cellule tumorali si staccavano dal tumore primario, invadevano la membrana basale, i vasi sanguigni, i vasi linfatici o la cavità corporea e migravano verso un altro sito o organo con il flusso sanguigno e linfatico. Le cellule tumorali aderivano ai capillari dell'organo bersaglio, penetravano nei vasi sanguigni per formare micrometastasi, proliferazione cellulare e producevano nuovi vasi sanguigni e formavano tumori secondari dello stesso tipo del tumore primario. Possono invadere e metastatizzare nuovamente. Nel processo di metastasi, le mutazioni genetiche e i conseguenti cambiamenti nell’immunogenicità delle cellule tumorali promuovono la formazione di un microambiente inibitorio locale del tessuto tumorale, che sopprime il sistema immunitario ospite e porta alla metastasi tumorale.

Studi precedenti hanno scoperto che le metastasi tumorali hanno una specificità d'organo, chiamata "tropismo d'organo". Cioè, diversi tipi di tumori tendono a metastatizzare in organi diversi. Ad esempio, il cancro del polmone spesso metastatizza al cervello, il cancro del colon-retto e il cancro del pancreas comunemente metastatizzano al fegato, il cancro al seno e il cancro alla prostata comunemente metastatizzano alle ossa e così via. Pertanto, più di cento anni fa, Stephen Paget, un patologo britannico, avanzò ed elaborò la sua "teoria del seme e del suolo", sostenendo che la metastasi richiede la diffusione di cellule tumorali, cioè "semi", e l'ambiente ideale per ricevere organi, cioè "terreno fertile". In questa teoria ha proposto che la metastasi riuscita a organi distanti richieda non solo cellule tumorali con potenziale metastatico (semi) ma anche un organo ospite adatto (suolo). Durante la progressione del tumore, la composizione e i tipi fenotipici delle cellule immunitarie nel microambiente tumorale sono modellati sia dalle cellule maligne che dalla nicchia dei tessuti adiacenti. I tumori metastatici (semi) manterranno le caratteristiche genetiche quando verranno trasferiti in diversi ambienti tissutali organo-specifici (suolo). Non è sufficiente che le cellule tumorali raggiungano un determinato tessuto dell’organo, ma è necessaria anche la coordinazione tra le cellule tumorali (semi) e il microambiente dell’organo (suolo) per piantarsi e crescere in un ambiente adatto (suolo) e diventare focolai metastatici. Nella "teoria del seme e del suolo", è stato dimostrato che le caratteristiche intrinseche dei semi influenzano vari processi chiave di trasferimento. D’altro canto, pochi studi si sono concentrati sulla relazione tra le caratteristiche intrinseche del suolo (organo bersaglio) e la formazione di metastasi tumorali maligne, uno dei motivi principali è che spesso non è etico condurre ricerche invasive sull’organo bersaglio dei pazienti senza metastasi.

La radiomica è un campo emergente, che sviluppa nuovi biomarcatori attraverso l'analisi quantitativa delle immagini dell'esame di imaging dei pazienti, che possono studiare e analizzare le potenziali caratteristiche fisiopatologiche delle regioni di interesse in modo non invasivo. Studi precedenti hanno dimostrato che gli studi radiomici sui semi (tumori primari) possono predire la metastasi di molti tumori maligni, il che stabilisce prove radiomiche per la teoria "seme e suolo" dal punto di vista dei semi. Tuttavia, gli studi radiomici dal punto di vista del suolo (l’organo bersaglio delle metastasi) sono rari. Prendendo come esempio le metastasi cerebrali del cancro ai polmoni, la maggior parte degli studi radiomici esistenti che utilizzano informazioni di imaging cerebrale valutano solo le regioni in cui si sono verificate metastasi cerebrali. Considerando che la radiomica può anche estrarre caratteristiche biologiche da organi bersaglio che non hanno ancora metastatizzato, il nostro gruppo ha scoperto che l’analisi radiomica di immagini MRI cerebrali pretrattamento di pazienti affetti da cancro ai polmoni senza metastasi cerebrali al basale può effettivamente prevedere la probabilità di metastasi cerebrali in un certo periodo di tempo. Questo studio ha inoltre rivelato per la prima volta che anche l’organo bersaglio senza metastasi (il suolo) svolge un ruolo chiave nella comparsa di metastasi tumorali maligne.

I risultati di questo studio suggeriscono anche che il modello di previsione della malignità derivato dalla radiomica potrebbe essere uno strumento promettente per lo screening dei pazienti ad alto rischio di metastasi tumorali. Modelli integrati di previsione del rischio che tengono conto delle caratteristiche del seme e del terreno possono aiutare a guidare la pratica clinica (ad esempio, un monitoraggio più rigoroso dei pazienti ad alto rischio o l’uso di un trattamento sistemico più intensivo).

In conclusione, è necessario esplorare ulteriormente l’applicabilità di questo modello radiomico basato sulla teoria dei semi e del suolo per la previsione del cancro per verificarne l’universalità e le prospettive di applicazione clinica. In questo studio, raccoglieremo informazioni di imaging delle lesioni primarie al basale dei pazienti e dei potenziali organi bersaglio metastatici in una varietà di tumori comuni (cancro ai polmoni, cancro del colon-retto, cancro al seno, ecc.). Esplorare le prestazioni del modello radiomico "seme e suolo" nella previsione dei modelli di metastasi del cancro (metastasi cerebrali del cancro ai polmoni, metastasi epatiche del cancro del colon-retto, metastasi polmonari del cancro al seno), al fine di stabilire un approccio non invasivo ed economicamente vantaggioso ed efficace modello di previsione radiomica per distinguere le metastasi tumorali ad "alto rischio" e "a basso rischio" nei corrispondenti tipi di cancro. Fornire una base teorica per l’ulteriore formazione di standard diagnostici e terapeutici personalizzati per i pazienti con tumori maligni.