PORTRAIT, dallo studio di microbiota e composti organici volatili nuovi strumenti per predire l’impatto delle cure del tumori al seno
Il progetto multicentrico internazionale coordinato da IRST IRCCS grazie a un finanziamento ERA PerMed, intende approfondire le conoscenze sull’interazione tra microbiota, tumore, farmaci e come questa sia riscontrabile nella componente volatile del sudore
Può l’odore essere una caratteristica utile per definire strategie diagnostiche e terapeutiche personalizzate che siano insieme efficaci e poco invasive? E’ proprio questa proprietà distintiva di ogni persona, l’odore appunto, una delle chiavi che sarà utilizzata nel progetto multicentrico internazionale coordinato dall’Istituto Romagnolo per lo Studio dei Tumori “Dino Amadori” IRST IRCCS, denominato PORTRAIT – acronimo di “A multi-omic stratification and a non invasive tool for early recognition of triple negative and Her2+ breast cancer patients responders to neoadjuvant therapy” – con l’obiettivo di identificare le pazienti affette da tumore al seno in grado di meglio rispondere ad una specifica terapia e monitorarne i progressi senza l’ausilio di impegnativi esami o trattamenti inefficaci.
L’odore è dato dai cosiddetti Composti Organici Volatili (o Volatile Organic Compounds, VOCs) che sono il risultato finale di processi metabolici e patologici, e sono prodotti sia dal nostro organismo sia dal microbiota. Pertanto, sono in grado di riflettere le attività molecolari legate ai meccanismi di sviluppo del tumore. PORTRAIT, attraverso l’integrazione delle caratteristiche del paziente (tra cui lo stato infiammatorio) con i dati omici provenienti da più fonti – genomica, trascrittomica, epigenomica, metagenomica, metabolomica e proteomica, dati resi disponibili grazie all’applicazione di sofisticate tecnologie – intende approfondire le conoscenze sull’interazione tra microbiota, tumore e farmaci, e come questa sia riscontrabile nei VOCs contenuti nel sudore. Una sfida scientifica che consentirebbe di identificare, da subito, quale terapia possa risultare più efficace per ogni singola persona, evitando approcci inefficaci e inutili effetti collaterali.
Coordinatrice di PORTRAIT è la dott.ssa Francesca Pirini, biologa del Laboratorio di Bioscienze, che porterà avanti lo studio in collaborazione con i colleghi Sara Bravaccini, Michele Zanoni, Maria Maddalena Tumedei, Michela Cortesi e, per lo sviluppo e gestione del consorzio internazionale, Paolo Mariotti (Innovation Manager, Ufficio Ricerca Trasferimento Tecnologico e Formazione) e Monica Tramontin (Ufficio Ricerca Trasferimento Tecnologico e Formazione). Il progetto vede la partecipazione di altri 5 centri di ricerca internazionali – University of Lille (Francia), IRCCS Centro di Riferimento Oncologico di Aviano CRO (Italia), Università di Granada (Spagna), University of Heidelberg (Germania), Sharett Institute for Oncology di Gerusalemme (Israele) e un’impresa hi-tech, Avalon Tecnologías de la Información Iruña (Navarra, Spagna) – e avrà una durata di 3 anni (2023-2025). Lo studio è risultato meritevole di sostegno economico complessivo di 1.193.076 euro da ERA PerMed, consorzio co-finanziato dalla Commissione Europea nato per promuovere progetti di ricerca collaborativa in medicina personalizzata.
Nonostante l’iniziale quadro clinico sia simile, le donne colpite dalle due forme più aggressive di tumore alla mammella – quello triplo negativo (TNBC) e quello Her2+ – hanno risposte alla terapia standard (il trattamento neoadiuvante) ampiamente differenti. Ciò a causa dell'influenza di caratteristiche individuali, tra le quali spicca il microbiota (l'insieme di microorganismi che convivono con l'organismo umano). Negli ultimi anni molti studi hanno messo in luce come il microbiota, sia intestinale che tumorale, intervenga nello sviluppo dei tumori e nella risposta alle terapie modulando la reazione immunitaria e il metabolismo cellulare. La manipolazione del microbiota potrebbe, quindi, rappresentare una strategia per potenziare gli effetti terapeutici dei trattamenti neoadiuvanti. Anche se l'interazione tra tumore, microbiota (sia tumorale sia di altre parti del corpo) e farmaci non è ancora chiara, l'applicazione di tecnologie avanzate come la metabolomica e la proteomica, ha accresciuto le conoscenze sul suo ruolo funzionale e ha consentito l'identificazione di nuovi possibili biomarcatori. Tra questi, estremamente promettenti, sono i composti organici volatili. La rilevazione dei VOCs in vari biocampioni rappresenta un'opzione recente, ma specifica e sensibile, per lo screening di molte malattie, applicabile anche al monitoraggio dell'efficacia dei trattamenti. In tal senso, i VOCs specifici del sudore dei pazienti con cancro alla mammella, influenzati anche dal microbiota, potrebbero rappresentare un valido strumento, non invasivo, per l’identificazione delle pazienti che potrebbero rispondere alle terapie neoadiuvanti e per il monitoraggio dell’efficacia del trattamento.
“In futuro – commenta la dott.ssa Francesca Pirini – i risultati di questo studio potrebbero consentire lo sviluppo di un device che, inserito ad esempio in un semplice reggiseno, potrebbe fornire dati in grado di aiutare il clinico nella scelta della strategia terapeutica più efficace, e fornire dati in tempo reale sulla risposta del tumore al trattamento, concentrando così tempo e risorse sulla chance migliore per ogni paziente.”
“Ormai è chiaro come i tumori non siano una entità a sé ma il frutto di interazioni con l’intero organismo che ne modificano la biologia e il metabolismo – spiega il prof. Giovanni Martinelli, Direttore scientifico IRST –. L’aver messo a punto un consorzio internazionale di grandissimo valore scientifico per capire come avvengono queste interazioni e come sfruttarle per alleggerire l’impatto della malattia sui pazienti migliorando gli approcci diagnostici e terapeutici, attribuisce a questo progetto un valore pioneristico nella terapia dei tumori. Ringrazio l’Ufficio Grant Office, in particolare il dott. Paolo Mariotti, per aver aiutato la dott.ssa Pirini a raggiungere questo importante seppur iniziale obiettivo di grande valore per nostro istituto”.
Ricercatori e istituzioni partner di PORTRAIT sono: Michel Salzet (Laboratoire PRISM U1192 Inserm, University of Lille, Francia), Lorenzo Gerratana (Department of Medical Oncology, IRCCS Centro di Riferimento Oncologico di Aviano CRO, Italia), Josefa León (Experimental Research Unit, Foundation for Biosanitary Research in Eastern Andalusia – FIBAO, Spagna), Fruzsina Molnar-Gabor (Faculty of Law/BioQuant Centre, University of Heidelberg, Germania), Shai Rosenberg (Sharett Institute for Oncology, Hadassah Medical Organisation, Israele), Luis Alberto Aguado Gómez (Avalon Tecnologías de la Información Iruña S.l., Spagna).
The international multicenter project coordinated by IRST IRCCS thanks to a PerMed ERA funding, intends to deepen the knowledge on the interaction between microbiota, tumor, drugs and how this can be found in the volatile component of sweat
Can smell be a useful characteristic for defining personalized diagnostic and therapeutic strategies that are both effective and minimally invasive? It is precisely this distinctive property of each person, the smell, precisely, one of the keys that will be used in the international multi-center project coordinated by the Romagna Institute for the Study of Tumors "Dino Amadori" IRST IRCCS, called PORTRAIT - acronym of "A multi -omics is a non-invasive tool for the early recognition of patients with triple negative breast cancer and Her2+ responders to neoadjuvant therapy” – with the aim of identifying breast cancer patients able to best respond to a specific therapy and monitor them progress without the help of demanding tests or ineffective treatments.
The smell is given by the so-called Volatile Organic Compounds (or Volatile Organic Compounds, VOCs) which are the final result of metabolic and pathological processes, and are produced both by our body and by the microbiota. Therefore, they are able to reflect the molecular activities related to the mechanisms of tumor development. PORTRAIT, through the integration of patient characteristics (including inflammatory status) with omics data from multiple sources - genomics, transcriptomics, epigenomics, metagenomics, metabolomics and proteomics, data made available thanks to the application of sophisticated technologies - intends deepen knowledge on the interaction between microbiota, tumor and drugs, and how this can be found in the VOCs contained in sweat. A scientific challenge that would make it possible to immediately identify which therapy could be more effective for each individual person, avoiding ineffective approaches and useless side effects.
The coordinator of PORTRAIT is Dr. Francesca Pirini, biologist of the Biosciences Laboratory, who will carry on the study in collaboration with colleagues Sara Bravaccini, Michele Zanoni, Maria Maddalena Tumedei, Michela Cortesi and, for the development and management of the international consortium, Paolo Mariotti (Innovation Manager, Technology Transfer Research and Training Office) and Monica Tramontin (Technology Transfer Research and Training Office). The project sees the participation of 5 other international research centers – University of Lille (France), IRCCS Oncological Reference Center of Aviano CRO (Italy), University of Granada (Spain), University of Heidelberg (Germany), Sharett Institute for Oncology of Jerusalem (Israel) and a hi-tech company, Avalon Tecnologías de la Información Iruña (Navarre, Spain) – and will have a duration of 3 years (2023-2025). The study was worthy of a total financial support of 1,193,076 euros from ERA PerMed, a consortium co-financed by the European Commission created to promote collaborative research projects in personalized medicine.
Although the initial clinical picture is similar, women affected by the two most aggressive forms of breast cancer – triple negative (TNBC) and Her2+ – have widely different responses to standard therapy (neoadjuvant treatment). This is due to the influence of individual characteristics, among which the microbiota stands out (the set of microorganisms that coexist with the human organism). In recent years many studies have highlighted how the microbiota, both intestinal and tumoral, intervenes in the development of tumors and in the response to therapies by modulating the immune reaction and cellular metabolism. The manipulation of the microbiota could, therefore, represent a strategy to enhance the therapeutic effects of neoadjuvant treatments. Even if the interaction between tumor, microbiota (both tumor and other parts of the body) and drugs is not yet clear, the application of advanced technologies such as metabolomics and proteomics has increased knowledge on its functional role and has allowed the identification of new possible biomarkers. Among these, extremely promising, are volatile organic compounds. The detection of VOCs in various biosamples represents a recent, but specific and sensitive option for the screening of many diseases, also applicable to the monitoring of the efficacy of treatments. In this sense, the specific VOCs of the sweat of patients with breast cancer, also influenced by the microbiota, could represent a valid, non-invasive tool for the identification of patients who could respond to neoadjuvant therapies and for monitoring the efficacy of the treatment.
“In the future – comments Dr. Francesca Pirini – the results of this study could allow the development of a device which, inserted for example in a simple bra, could provide data capable of helping the clinician in choosing the most effective therapeutic strategy , and provide real-time data on tumor response to treatment, thus focusing time and resources on the best chance for each patient.”
"It is now clear that tumors are not an entity in themselves but the result of interactions with the whole organism that modify its biology and metabolism - explains prof. Giovanni Martinelli, Scientific Director of IRST -. Having set up an international consortium of great scientific value to understand how these interactions take place and how to exploit them to lighten the impact of the disease on patients by improving diagnostic and therapeutic approaches, gives this project a pioneering value in cancer therapy. I thank the Grant Office, especially Dr. Paolo Mariotti, for having helped Dr. Pirini to achieve this important, albeit initial, goal of great value for our institute".
Da sinistra a destra: Michela Cortesi, Maria Maddalena Tumedei, Sara Bravaccini, Francesca Pirini, Paolo Mariotti, Michele Zanoni
