Modello sferoidale 3D del melanoma per lo sviluppo di biomarcatori di positronio

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7648 (2023) Citare questo articolo

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È stato recentemente dimostrato che l'imaging del positronio di nuova invenzione può essere utilizzato per migliorare la diagnostica del cancro fornendo informazioni aggiuntive sulla patologia dei tessuti rispetto al valore di assorbimento standardizzato attualmente disponibile nella tomografia a emissione di positroni (PET). L'imaging del positronio utilizza le proprietà degli atomi di positronio, che sono costruiti dagli elettroni e dai positroni prodotti nel corpo durante gli esami PET. Abbiamo ipotizzato che l'imaging del positronio sarebbe sensibile alla discriminazione in vitro di strutture tridimensionali simili a tumori (sferoidi) costituite da linee cellulari di melanoma con diverse attività tumorali e proprietà biologiche. La durata dell'ortopositronio (o-Ps) è stata valutata negli sferoidi del melanoma provenienti da due linee cellulari (WM266-4 e WM115) che differivano nello stadio di malignità. Inoltre, abbiamo considerato parametri quali il numero di cellule, la dimensione dello sferoide e la malignità del melanoma per valutare la loro relazione con la durata della vita degli o-P. Dimostriamo i risultati pilota per la misurazione della durata degli o-P negli sferoidi privi di matrice extracellulare. Con la significatività statistica di due deviazioni standard, abbiamo dimostrato che maggiore è il grado di malignità e il tasso di proliferazione delle cellule neoplastiche, minore è la durata della vita dell'ortopositronio. In particolare, abbiamo osservato le seguenti indicazioni che incoraggiano ulteriori ricerche: (i) gli sferoidi WM266-4 caratterizzati da un tasso di proliferazione e malignità più elevati hanno mostrato una durata o-P più breve rispetto agli sferoidi WM115 caratterizzati da un tasso di crescita inferiore. (ii) Entrambe le linee cellulari hanno mostrato una diminuzione della durata della vita degli o-P dopo la generazione di sferoidi il giorno 8 rispetto al giorno 4 in coltura, e la durata media della vita degli o-P era più lunga per gli sferoidi formati da cellule WM115 rispetto a quelli formati da WM266 -4 cellule, indipendentemente dall'età dello sferoide. I risultati di questo studio hanno rivelato che il positronio è un biomarcatore promettente che può essere applicato nella diagnostica PET per la valutazione del grado di malignità del cancro.

Negli ultimi decenni, le colture cellulari tridimensionali (3D) sono state ampiamente utilizzate come modelli in vitro, in grado di colmare il divario tra le condizioni cellulari in vitro e quelle in vivo1. Il confronto tra la coltura cellulare 3D e un monostrato cellulare ha rivelato alcune caratteristiche fisiologiche e morfologiche specifiche, come le interazioni cellula-cellula e cellula-matrice, segnalazione cellulare, proliferazione e necrosi. A differenza di una coltura cellulare monostrato, uno sferoide 3D è un modello appropriato per imitare l'ambiente reale delle cellule tumorali e la velocità di diffusione dei nutrienti tra le cellule. Gli sferoidi tumorali multicellulari ci consentono di studiare il meccanismo biochimico della crescita cellulare, delle reazioni enzimatiche e di varie modalità di trattamento2,3,4,5.

Il melanoma è un tipo diffuso di cancro della pelle che è stato classificato come uno dei tumori più letali. Il melanoma, essendo il tumore più letale, è una malattia multifattoriale in cui sia la suscettibilità genetica che l'esposizione ambientale, prevalentemente alla luce ultravioletta, giocano un ruolo importante6. I fattori di rischio ambientale designati per il cancro del melanoma sono l’esposizione ai raggi ultravioletti solari (UVB) e alle scottature solari (UVA). L'irradiazione UVB provoca danni diretti al DNA, che portano alla rottura dei filamenti di DNA. Gli UVB promuovono anche la sopravvivenza delle cellule del melanoma, l’angiogenesi e l’invasione a causa dell’aumento della penetrazione di macrofagi e neutrofili nelle cellule della pelle. Gli UVA provocano danni al DNA attraverso la produzione di radicali liberi, che inducono stress ossidativo nei melanociti. Il rischio di melanoma può essere associato anche a mutazioni ereditarie e mutazioni somatiche, ma la tendenza genetica è responsabile solo di un numero limitato di casi. Poiché l’efficacia del trattamento del melanoma negli stadi avanzati è bassa, vi è una costante necessità di sviluppare nuove terapie mirate, immunoterapia e terapie combinate7 (Fig. 1).