La medicina entra in una nuova era, quella dei gemelli virtuali e biologici: modelli digitali che simulano l’evoluzione di un tumore e prevedono la risposta alle terapie, e piattaforme biologiche capaci di anticipare la risposta della malattia a nuovi farmaci.
In Italia, l’IRCCS Istituto Clinico Humanitas – primo centro in Italia ad aver istituito un AI Center dedicato all’applicazione dell’intelligenza artificiale in medicina – è tra i pionieri di questa rivoluzione, grazie all’uso di tecnologie avanzate come i digital twins e i biological twins.
I digital twins sono veri e propri “gemelli digitali” del paziente: modelli virtuali costruiti a partire da dati reali – clinici, genomici, di imaging e relativi ai trattamenti – capaci di riprodurre in modo dinamico l’andamento della malattia. Ma la ricerca non si ferma al digitale. In Humanitas è stata sviluppata anche una piattaforma di biological twins, applicata alle neuroscienze, che si basa sull’analisi diretta di campioni biologici di tumori cerebrali per fornire previsioni affidabili sulla risposta a nuovi farmaci e allo studio dei meccanismi di resistenza.
Abbiamo parlato di questa piattaforma di gemelli biologici con Elisabetta Stanzani, ricercatrice CNR presso IRCCS Istituto Clinico Humanitas, nonché fra le firme di un importante studio che mette in evidenza i meccanismi che stimolano le capacità migratorie e infiltrative delle cellule tumorali.
Che cos’è una piattaforma Biological-Twins e quali sono le sue potenziali applicazioni?
«La piattaforma Biological-Twins è un’infrastruttura sperimentale che stiamo sviluppando all’IRCCS Istituto Clinico Humanitas nel laboratorio della professoressa Michela Matteoli per ottenere modelli affidabili in vitro di glioblastoma, uno dei tumori cerebrali più aggressivi e complessi. Questo tipo di tumore colpisce il sistema nervoso centrale e presenta una marcata eterogeneità sia tra pazienti (intertumorale) sia all’interno dello stesso tumore (intratumorale), rendendo particolarmente difficile trovare trattamenti efficaci.
Grazie alla collaborazione con i neurochirurghi di Humanitas, coordinati dal professor Federico Pessina, abbiamo la possibilità di ottenere campioni tumorali da cui generare modelli tridimensionali avanzati, derivati da cellule umane. Vengono chiamati “gemelli biologici” perché riproducono fedelmente le caratteristiche molecolari del tumore originario, rappresentando la variabilità osservata nei pazienti.
Si tratta di un sistema integrato che combina modelli preclinici realistici con tecnologie omiche avanzate, permettendo di studiare la malattia in modo più accurato e di testare strategie terapeutiche in laboratorio prima di arrivare al paziente. Le potenziali applicazioni sono molteplici: dalla selezione di trattamenti mirati per specifici sottotipi tumorali, allo studio dei meccanismi di resistenza ai farmaci, fino allo sviluppo di nuove combinazioni terapeutiche.
Dai campioni tumorali forniti dai neurochirurghi di Humanitas nascono modelli 3D avanzati, i “gemelli biologici”, che replicano la complessità molecolare dei tumori reali
Un ulteriore vantaggio è la possibilità di ottenere dati solidi e riproducibili riducendo al contempo il ricorso alla sperimentazione animale. Questo approccio, orientato alla medicina traslazionale, punta a colmare il divario tra il laboratorio e la clinica, contribuendo in futuro a ottimizzare le cure e renderle sempre più personalizzate.»
Nel vostro studio “Extracellular Vesicles Released by Glioblastoma Cancer Cells Drive Tumor Invasiveness via Connexin-43 Gap Junctions” avete dimostrato che le vescicole extracellulari prodotte dalle cellule tumorali di glioblastoma sono in grado di stimolare le cellule circostanti. Che significato ha avuto la piattaforma Biological-Twins?
«In questo studio ci siamo focalizzati sul ruolo delle vescicole extracellulari (EVs), piccoli frammenti rilasciati dalle cellule tumorali, nel rimodellare il microambiente circostante e favorire la diffusione del tumore. Abbiamo scoperto che queste EVs possono promuovere l’invasività del glioblastoma attraverso l’attivazione delle giunzioni comunicanti mediate dalla proteina Connexin-43.
La piattaforma Biological-Twins è stata fondamentale per questo lavoro perché ci ha permesso di analizzare questi meccanismi in un contesto sperimentale che riflette fedelmente la complessità e l’eterogeneità del tumore umano. Abbiamo potuto verificare che il fenomeno osservato non era generico, ma associato a specifici sottotipi molecolari di cellule tumorali. Questo ha aumentato la risoluzione biologica dello studio e la sua rilevanza traslazionale.»
Quali prospettive si aprono nell’ambito della medicina di precisione grazie a questi strumenti?
«Strumenti come Biological-Twins aprono scenari molto promettenti per la medicina di precisione, perché ci permettono di portare la ricerca in una direzione sempre più personalizzata e applicabile al singolo paziente.
Riprodurre in laboratorio la variabilità del tumore permette di individuare marcatori predittivi, nuovi bersagli terapeutici e rendere più affidabili i test preclinici
La possibilità di riprodurre infatti in laboratorio la variabilità biologica del tumore ci consente di identificare marcatori predittivi di risposta o resistenza ai farmaci, esplorare nuovi bersagli terapeutici e meccanismi biologici, come nel caso del nostro recente studio sulle EVs e aumentare l’affidabilità dei test preclinici, grazie a modelli più rappresentativi della realtà clinica. Al momento, non siamo ancora in grado di creare un modello completamente personalizzato per ciascun paziente, ma stiamo lavorando per rendere il sistema sempre più flessibile e diversificato. Già oggi, la nostra piattaforma permette di testare nuovi farmaci su una gamma ampia di modelli, aumentando la potenza predittiva degli studi e migliorando la selezione di trattamenti più mirati.
Nel caso del glioblastoma – una delle sfide più difficili in ambito oncologico – l’approccio “one-size-fits-all” non è più sostenibile. La piattaforma Biological-Twins ci consente di superare questo paradigma e di avvicinarci a strategie terapeutiche più efficaci, costruite sulla base della biologia unica di ciascun tumore.
Per questo motivo, la ricerca derivante da questa piattaforma ha raccolto l’interesse della Fondazione D3 4Health, ed è stata selezionata assieme ad altre attività per il finanziamento dal Piano Nazionale per gli Investimenti Complementari al PNRR “Digital Driven Diagnostics, prognosis and therapeutics for sustainable Health Care” che prevede di integrare approcci digitali e biologici per sviluppare soluzioni innovative e sostenibili.»
