Tehnologia lab-on-a-chip facilitează prezicerea reacțiilor la tratamentele leucemiei infantile
În Statele Unite, peste 120.000 de persoane trăiesc cu leucemie limfoblastică acută (ALL), iar anual sunt diagnosticate 6.000 de cazuri noi. Dintre acestea, mai mult de 3.500 sunt copii.
ALL reprezintă 75% din toate diagnosticele de leucemie pediatrică și este un cancer de sânge cu debut rapid, care împiedică organismul să producă celule albe mature, capabile să lupte împotriva infecțiilor, uneori în doar câteva luni. Tratamentul ALL necesită intervenție imediată, adesea o combinație de chimioterapie, terapie țintită, imunoterapie și transplant de măduvă osoasă, dar medicii nu au în prezent o modalitate de a anticipa cum vor influența combinațiile și dozele specifice de medicamente pacientul sau dacă tratamentul va avea succes.
Strategiile de tratament includ, în prezent, un anumit grad de personalizare, bazat pe subtipul leucemiei și clasificarea riscurilor. Cu toate acestea, majoritatea pacienților primesc în cele din urmă regimuri de tratament similare. Deși progresele în secvențierea genomică au deschis posibilitatea unei terapii cu adevărat personalizate, sunt necesare noi teste funcționale complementare pentru a evalua celulele canceroase vii direct în raport cu tratamentele, pentru a determina ce intervenții sunt cu adevărat eficiente. Două persoane pot avea aceeași mutație genetică, dar pot răspunde diferit la terapia țintită.
Pentru a aborda această problemă, o echipă de oameni de știință și clinicieni de la Universitatea Emory, de la Children’s Healthcare of Atlanta și de la Georgia Tech a dezvoltat o tehnologie inovatoare care ajută medicii să identifice modul în care copiii vor reacționa la orice tratament ALL în momentul diagnosticului, mai degrabă decât după administrarea chimioterapiei standard, economisind astfel timp prețios.
GradientScreen, un test microfluidic sau „lab-on-a-chip”, măsoară rapid cum reacționează celulele leucemiei pacienților la combinațiile de medicamente dintr-o singură probă de sânge sau măduvă osoasă. Prin completarea datelor genotipice și conexe cu măsurători directe ale sensibilității la medicamente, GradientScreen oferă un strat suplimentar de informații care pot ghida deciziile terapeutice. În loc să testeze fiecare combinație de medicamente și dozaj în mod individual, ceea ce ar fi consumator de timp și resurse, testul folosește tehnologia microfluidică pentru a evalua întreaga gamă de raporturi de combinație într-un regim cu trei medicamente, într-un experiment eficient.
„Unul dintre scopurile importante în oncologie este capacitatea de a identifica care pacient este probabil să nu răspundă la tratamentul standard înainte de a începe terapia și de a personaliza combinația de chimioterapii standard cu agenți țintiți sau biologici care ar fi cei mai benefici, și la ce doze, pentru acea persoană în special”, afirmă Wilbur Lam, MD, PhD, profesor de pediatrie și inginerie biomedicală la Universitatea Emory și Georgia Tech, și investigator principal în cadrul studiului. „Aceasta este o avansare semnificativă în ajutarea oncologilor pediatrici din întreaga țară să înțeleagă care medicamente să administreze pacienților care sunt cei mai susceptibili să reziste chimioterapiei standard”, adaugă Lam, care este, de asemenea, oncolog pediatric la Children’s Healthcare of Atlanta.
Într-adevăr, aproximativ 50% din populația adultă cu ALL va experimenta recidiva sau boala refractară, în care cancerul nu răspunde sau se proliferază în timpul intervenției, iar în populația pediatrică, aproximativ 15% experimentează recidiva.
Dezvoltat în Atlanta de Kendall Williams, PhD, și Dan Zhang, PhD, absolvenți ai programelor de inginerie biomedicală și bioinginerie de la Universitatea Emory și Georgia Tech, respectiv, GradientScreen funcționează prin expunerea celulelor leucemiei la combinații de trei medicamente și măsurarea numărului de celule canceroase care supraviețuiesc. Prin compararea modului în care celulele reacționează la medicamentele individuale versus combinații, testul poate identifica care combinații de medicamente și raporturi funcționează mai bine împreună. Aceasta duce la „modele de răspuns” detaliate care reflectă modul în care tipul de leucemie al unui pacient ar putea reacționa la tratament.
În acest studiu retrospectiv al 17 probe de celule leucemice și măduvă osoasă ale pacienților cu ALL, furnizate de Aflac Cancer and Blood Disorders Center of Children’s Healthcare of Atlanta, rezultatele obținute cu această platformă au fost corelate cu rezultatele tratamentului pacienților, inclusiv cantitatea de boală reziduală după tratamentul de inducție, care este prima lună de chimioterapie, precum și dacă pacientul a recidivat.
„GradientScreen își propune să îmbunătățească și să lărgească accesul la medicina personalizată în tratamentul leucemiei, ajutând clinicianii să identifice pacienții mai greu de tratat mai devreme în evoluția bolii și să-i asocieze mai precis cu noi abordări terapeutice alternative”, spune Williams.
Pașii următori pentru echipă includ extinderea la alte tipuri de leucemie, inclusiv leucemia mieloidă acută, la pacienți adulți și pediatri, precum și stabilirea în cadrul Emory Lab for Innovative Assay Development (ELIAD), o colaborare între Emory Healthcare și Universitatea Emory care susține testarea diagnostică care poate fi utilizată imediat pentru îngrijirea pacientului.
Acest studiu a fost finanțat prin următoarele granturi: NSF GRFP No. 1937971 și NIH NHLBI grant R35HL145000.
