In un nuovo studio, un team guidato da Simeonov e dal professore della Scuola di Medicina Veterinaria Christopher Lengner hanno cercato di comprendere e monitorare lo sviluppo delle cellule metastatiche. Il loro lavoro ha utilizzato come modello un topo con cancro al pancreas e diverse tecniche all’avanguardia per tracciare i modelli di lignaggio ed espressione genica delle singole cellule tumorali.

Hanno trovato uno spettro di aggressività nelle cellule che sono sorte, con cellule che probabilmente rimarranno in posizione al tumore primario da un lato e quelle che avevano maggiori probabilità di spostarsi in nuovi siti e colonizzare altri tipi di tessuto.

Cosa hanno scoperto i ricercatori?

Delle cellule che alla fine sono diventate metastatiche e sono cresciute in tessuti e organi oltre il pancreas, la maggior parte condivideva un lignaggio comune.

“Costruendo uno strumento di precisione per sondare la metastasi tumorale in vivo, siamo in grado di osservare tipi di informazioni precedentemente inaccessibili”, afferma Simeonov. “Siamo stati in grado di utilizzare questo approccio di tracciamento del lignaggio per classificare le cellule in base a quanto erano metastatiche e quindi mettere in relazione queste differenze di comportamento con i cambiamenti dell’espressione genica.”

I risultati del gruppo, pubblicati sulla rivista Cancer Cell, suggeriscono che non sono solo le mutazioni genetiche che possono guidare la diffusione del cancro; i risultati del profilo dell’RNA a singola cellula sottolineano che i modelli di espressione genica – che le cellule geniche stanno accendendo e spegnendo – svolgono un ruolo chiave nei risultati delle malattie.

Mentre gli scienziati hanno classificato centinaia di mutazioni genetiche associate alla guida di cellule normali che diventano cancerose, non hanno avuto lo stesso successo nell’identificare mutazioni che diventano metastatiche.

Una possibilità può essere che il processo dipenda da fattori diversi dalle mutazioni, o dipenda da così tante anomalie raggruppate insieme che la questione è difficile da risolvere.

Al fine di comprendere meglio i cambiamenti biologici che accompagnano la metastasi, Simeonov, Lengner e colleghi hanno mirato a tracciare meticolosamente questo processo, utilizzando la barcodifica in evoluzione, denominata anche tracciatura del lignaggio CRISPR, che consente la ricostruzione degli alberi geneasi cellulari. Hanno abbinato questo con il sequenziamento dell’RNA a una cellula per ottenere un’immagine dei geni accesi in ogni cellula.

Per tracciare il lignaggio, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo che utilizza CRISPR/Cas9 per mutagenizzare sequenze di DNA introdotte sinteticamente, fungendo da codici a barre cellulari. Queste cellule tumorali ingegnerizzate sono state poi iniettate in un topo. Mentre il cancro si sviluppa e si diffonde nel topo ospite, i codici a barre cellulari sono “modificati” casualmente da CRISPR / Cas9. I modelli di modifica dei codici a barre possono essere utilizzati, dice Simeonov, “per ricostruire gli alberi filogenetici delle cellule tumorali mentre proliferano e metastasi in tutto il corpo”.

Osservando circa 28.000 cellule tumorali sugli organi di due topi, i ricercatori sono stati in grado di vedere quali geni ogni cellula si stava accendendo mentre il cancro si diffondeva dal pancreas ad altri organi e tessuti. Hanno anche rintracciato dove le cellule si diffondevano nel corpo per vedere se particolari lignaggi avevano maggiori probabilità di essere metastatici di altri.

Quando il team di ricerca ha esaminato insieme questi pool di dati, sono rimasti sorpresi di scoprire che circa la metà dei cloni, o popolazioni distinte di cellule tumorali, erano confinati ai tumori primari.

E quando guardarono i cloni che si erano diffusi, trovarono un solo clone dominante in ogni topo.

“Sorprendentemente, nonostante abbia usato una linea cellulare tumorale aggressiva che dovrebbe essere prontamente in grado di creare metastasi, abbiamo scoperto che un clone dominava i siti metastatici”, afferma Simeonov. “Ci aspettavamo una maggiore equità tra i cloni.”