Una ricerca multidisciplinare che parte da lontano
Clinica e tecnologia sottobraccio verso il futuro
11 Gennaio 2018
Donate il respiro per la ricerca: da un’idea semplice nascono grandi progetti
20 Aprile 2018
Inside the Breath è un concentrato di intuizioni e tecnologie made in Italy, e in particolar modo made in Puglia, regione del sud Italia particolarmente orientata all’innovazione.
La ricerca su cui si basa il progetto nasce da una scoperta di un’equipe dell’Università di Bari: malattie come il cancro al colon provocano cambiamenti metabolici che si riflettono nell’espirato, attraverso l’esalazione di gruppi di molecole (VOCs, composti organici volatili) non presenti, o presenti in rapporti diversi, nel respiro dei soggetti sani. L’evidenza pratica è stata fornita dall’analisi dell’espirato di un campione di pazienti ai quali era stato già diagnosticato il tumore al colon; la raccolta dei campioni e l’esame gas-cromatografico sono stati effettuati attraverso l’applicazione in ambito sanitario di Voc and Odor, un progetto nato dalla sinergia di tre dipartimenti (Chimica, Medicina interna e Medicina pubblica, Informatica) dell’Università di Bari e finanziato dalla Regione Puglia, per la progettazione di tecnologie integrate al fine di valutare le emissioni di composti organici volatili in diversi ambiti, dall’edilizia all’ambiente, dalla cosmesi alla medicina.
Il campionatore artigianale utilizzato, che raccoglieva l’intero respiro, era provvisto di un solo filtro, esterno, per escludere i più importanti VOCs ambientali. Nonostante i limiti dati da una tecnologia ancora in fase embrionale, i risultati, culminati nello studio pubblicato nel 2012 sul prestigioso British Journal of Surgery, hanno fatto capire che la direzione fosse quella giusta: è stato individuato un pattern di 15 molecole che, sottoposto a PNN (probabilistic neural network), ha confermato un’accuratezza dell’85%, un ottimo risultato considerando che si trattava di uno studio in fase iniziale.
La validazione scientifica della prima intuizione ha fatto registrare un notevole interesse in letteratura, e la ricerca internazionale si è concentrata su quest’ambito, sviluppando studi con gli stessi criteri seguiti dai ricercatori baresi o con varianti nella metodologia e nelle tecnologie applicate. Ad oggi in letteratura si raccolgono circa 500 pubblicazioni sui VOCs correlati a patologie oncologiche; circa la metà fanno riferimento al tumore al polmone, perché è nei polmoni che ci si aspetta di trovare la genesi di ciò che si riflette nell’espirato. L’esperienza dell’equipe barese ha però dimostrato che, indipendentemente da dove sia nato il tumore, le molecole ad esso correlate vengono riversate nel circolo sanguigno, e solo attraverso questo passaggio arrivano ai polmoni, dai quali poi vengono esalate. La ricerca si è concentrata sul tumore al colon perché, oltre ad avere un’alta incidenza, è una patologia difficile da diagnosticare: lo si può fare attraverso la colonscopia, esame altamente invasivo che viene prescritto solo a pazienti ritenuti fortemente a rischio (per fattori genetici o legati alla fascia d’età) o la ricerca di sangue occulto nelle feci, test a specificità relativamente bassa (la presenza di sangue nelle feci può essere causata da molte patologie, non è indice esclusivo dello sviluppo di un tumore) e al quale i pazienti si sottopongono malvolentieri (circa il 50% dei pazienti vi rinuncia).
Un confronto tra i vari studi effettuati in ambito internazionale (in Inghilterra, Olanda e Cina) sulla scorta della ricerca barese, però, dimostra quanto ad oggi la ricerca sia ancora da perfezionare. Un gruppo di ricercatori di Coventry, ad esempio, ha condotto uno studio, diverso nelle metodologie e nelle tecnologie di analisi, giungendo ad isolare una molecola. In base agli studi effettuati in precedenza, però, risulta improbabile che una sola molecola sia indice della malattia: non è la molecola in sé, ma lo squilibrio nel rapporto tra le molecole a discriminare un soggetto sano da uno malato.
Utilizzando come campione da analizzare l’espirato o lo “spazio di testa” all’interno delle provette di sangue non si può giungere allo stesso risultato, perché si toccano ambiti, e dunque pattern molecolari, diversi. Per giungere a risultati concreti, utilizzabili da tutti, occorrerebbe stabilire un protocollo univoco di campionatura e analisi.
La ricerca su cui si basa il progetto nasce da una scoperta di un’equipe dell’Università di Bari: malattie come il cancro al colon provocano cambiamenti metabolici che si riflettono nell’espirato, attraverso l’esalazione di gruppi di molecole (VOCs, composti organici volatili) non presenti, o presenti in rapporti diversi, nel respiro dei soggetti sani. L’evidenza pratica è stata fornita dall’analisi dell’espirato di un campione di pazienti ai quali era stato già diagnosticato il tumore al colon; la raccolta dei campioni e l’esame gas-cromatografico sono stati effettuati attraverso l’applicazione in ambito sanitario di Voc and Odor, un progetto nato dalla sinergia di tre dipartimenti (Chimica, Medicina interna e Medicina pubblica, Informatica) dell’Università di Bari e finanziato dalla Regione Puglia, per la progettazione di tecnologie integrate al fine di valutare le emissioni di composti organici volatili in diversi ambiti, dall’edilizia all’ambiente, dalla cosmesi alla medicina.
Il campionatore artigianale utilizzato, che raccoglieva l’intero respiro, era provvisto di un solo filtro, esterno, per escludere i più importanti VOCs ambientali. Nonostante i limiti dati da una tecnologia ancora in fase embrionale, i risultati, culminati nello studio pubblicato nel 2012 sul prestigioso British Journal of Surgery, hanno fatto capire che la direzione fosse quella giusta: è stato individuato un pattern di 15 molecole che, sottoposto a PNN (probabilistic neural network), ha confermato un’accuratezza dell’85%, un ottimo risultato considerando che si trattava di uno studio in fase iniziale.
La validazione scientifica della prima intuizione ha fatto registrare un notevole interesse in letteratura, e la ricerca internazionale si è concentrata su quest’ambito, sviluppando studi con gli stessi criteri seguiti dai ricercatori baresi o con varianti nella metodologia e nelle tecnologie applicate. Ad oggi in letteratura si raccolgono circa 500 pubblicazioni sui VOCs correlati a patologie oncologiche; circa la metà fanno riferimento al tumore al polmone, perché è nei polmoni che ci si aspetta di trovare la genesi di ciò che si riflette nell’espirato. L’esperienza dell’equipe barese ha però dimostrato che, indipendentemente da dove sia nato il tumore, le molecole ad esso correlate vengono riversate nel circolo sanguigno, e solo attraverso questo passaggio arrivano ai polmoni, dai quali poi vengono esalate. La ricerca si è concentrata sul tumore al colon perché, oltre ad avere un’alta incidenza, è una patologia difficile da diagnosticare: lo si può fare attraverso la colonscopia, esame altamente invasivo che viene prescritto solo a pazienti ritenuti fortemente a rischio (per fattori genetici o legati alla fascia d’età) o la ricerca di sangue occulto nelle feci, test a specificità relativamente bassa (la presenza di sangue nelle feci può essere causata da molte patologie, non è indice esclusivo dello sviluppo di un tumore) e al quale i pazienti si sottopongono malvolentieri (circa il 50% dei pazienti vi rinuncia).
Un confronto tra i vari studi effettuati in ambito internazionale (in Inghilterra, Olanda e Cina) sulla scorta della ricerca barese, però, dimostra quanto ad oggi la ricerca sia ancora da perfezionare. Un gruppo di ricercatori di Coventry, ad esempio, ha condotto uno studio, diverso nelle metodologie e nelle tecnologie di analisi, giungendo ad isolare una molecola. In base agli studi effettuati in precedenza, però, risulta improbabile che una sola molecola sia indice della malattia: non è la molecola in sé, ma lo squilibrio nel rapporto tra le molecole a discriminare un soggetto sano da uno malato.
Utilizzando come campione da analizzare l’espirato o lo “spazio di testa” all’interno delle provette di sangue non si può giungere allo stesso risultato, perché si toccano ambiti, e dunque pattern molecolari, diversi. Per giungere a risultati concreti, utilizzabili da tutti, occorrerebbe stabilire un protocollo univoco di campionatura e analisi.
