Un viaggio molecolare per conoscere a fondo le metastasi del tumore del colon-retto

Scopo ultimo del programma coordinato da Alberto Bardelli è stato rispondere a diverse domande sulla progressione del cancro al colon-retto, tramite lo studio non solo del tumore di per sé, ma anche del microambiente circostante, del sistema immunitario e del microbioma dei pazienti. Come primo obiettivo, i ricercatori hanno cercato di comprendere meglio i meccanismi evolutivi a cui vanno incontro le cellule tumorali e quelle del sistema immunitario, come i linfociti, spontaneamente o per effetto delle terapie. A tale fine, i ricercatori hanno utilizzato gli strumenti d’indagine di una recente disciplina, l’immuno-genomica. Inoltre, il gruppo si è proposto di identificare nuovi marcatori biologici del tumore, del microambiente e dei pazienti. Singolarmente o in maniera integrata, tali marcatori dovrebbero permettere di valutare con maggiore precisione il rischio di ricaduta e la probabilità di risposta alle terapie di ciascun paziente, rendendo la prognosi più affidabile e le cure più efficaci.

1. Un patrimonio unico al mondo. Uno dei punti di forza del programma coordinato da Bardelli è stato senza dubbio l’ampio numero di campioni a disposizione. Come spiega il ricercatore, si è trattato di materiale (soprattutto campioni di tessuto e di sangue) raccolto nel corso degli anni da migliaia di pazienti con tumore del colon-retto in diversi stadi di progressione. Una parte di questi campioni è stata trasformata in avatar dei pazienti. Un avatar si ottiene facendo crescere frammenti del tumore, prelevato chirurgicamente o tramite biopsie diagnostiche in condizioni particolari, per ottenere una copia vitale del tumore del paziente in colture 3D o in topi di laboratorio. Una volta ottenuto, l’avatar può essere riprodotto più volte e studiato nel dettaglio da diversi ricercatori. Inoltre, può essere usato per capire come il tumore evolve in presenza o assenza di un trattamento, e per studiare la sensibilità e la resistenza ai farmaci. In alcuni casi è addirittura possibile condurre dei veri e propri studi clinici per selezionare le strategie terapeutiche più promettenti, prima di utilizzarle nei pazienti. Molti di questi avatar costituiscono la piattaforma XENTURION, una risorsa open science di sistemi di studio preclinici che è stata anche presentata sulla rivista Nature Communications, in modo che possa usufruirne la comunità scientifica internazionale.
2. Alla ricerca dei biomarcatori. 2 degli 8 blocchi in cui era suddiviso il programma prevedevano la ricerca di nuovi biomarcatori e classificatori della malattia. Grazie all’identificazione di queste molecole o di altre caratteristiche peculiari del tumore e del suo microambiente, è stato possibile distinguere il livello di aggressività della neoplasia e classificare i tumori sulla base della loro risposta a specifiche combinazioni di farmaci. In questo modo si potranno sviluppare nuove terapie, sia sperimentali sia standard, da somministrare in maniera diversa da quanto fatto finora, soltanto ai pazienti per cui si prevede possano essere più efficaci.
3. Le basi della risposta alla terapia. Non sempre le terapie che si utilizzano contro un tumore si rivelano efficaci. In questi casi i pazienti non solo non traggono beneficio dai trattamenti, ma ne subiscono comunque gli effetti collaterali. I ricercatori guidati da Bardelli hanno indagato i fattori che determinano la risposta alle chemioterapie tradizionali nella malattia metastatica e hanno scoperto nuove opportunità di trattamento, servendosi anche di farmaci già in uso per altre patologie. In particolare, hanno osservato che i tumori metastatici del colon-retto con alta espressione di RAD51, una proteina di riparazione del DNA, tendono ad avere una limitata risposta alla chemioterapia. Tuttavia, il tumore può essere sensibilizzato nuovamente al trattamento inibendo ATM, una proteina che coopera con RAD51 per mantenere l’integrità del genoma. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Cancer Discovery.
4. Uno sguardo all’evoluzione. Come il tumore evolve e cambia nel tempo e nello spazio, anche il sistema immunitario si modifica durante la progressione tumorale. Con tecniche che analizzano aspetti genomici, funzionali e immunologici, i ricercatori hanno lavorato per caratterizzare nel dettaglio proprio questa evoluzione sia nei tessuti dei pazienti, sia in cellule in coltura e animali di laboratorio sviluppati appositamente. I risultati di uno studio, pubblicati sulla rivista Science Translational Medicine, hanno mostrato che i tumori del colon-retto tendono ad accumulare mutazioni velocemente durante la progressione da tumore primitivo a metastasi. Nell’ambito dello studio ARETHUSA, i ricercatori hanno messo in evidenza che alcuni farmaci in grado di aumentare la velocità di questo accumulo di mutazioni nelle cellule tumorali, possono rendere i tumori suscettibili all’immunoterapia.
5. Una finestra sul microbiota. Recentemente è stata avanzata l’ipotesi che il microbiota, ovvero l’insieme dei microrganismi che albergano nel corpo umano, abbia un ruolo nella risposta alle terapie antitumorali e nell’evoluzione della malattia. I risultati degli studi in tal senso non sono però ancora del tutto affidabili, per mancanza di sistemi di studio adeguati. Paragonando la composizione del microbiota del tumore primario con quella dell’avatar corrispondente, i ricercatori coordinati da Bardelli hanno simulato in laboratorio le interazioni tra cancro del colon-retto e microbiota.
6. I risultati arrivano in clinica. Una delle caratteristiche dei programmi speciali “5 per mille” di AIRC è di accelerare il trasferimento delle scoperte biologiche in nuove procedure diagnostiche e terapeutiche. Non fa eccezione il programma coordinato da Bardelli, che, nonostante la pandemia, in soli 5 anni ha lanciato 3 studi clinici terapeutici, 2 per la malattia avanzata e 1 per la malattia operabile. Sono inoltre stati reclutati più di 1.300 pazienti nel protocollo AlfaOmega, la piattaforma clinica che controlla e gestisce il flusso dei campioni biologici e dei dati dei pazienti tra ospedali e laboratori e viceversa.

Guardando ai dati oggi disponibili, è chiaro perché si debba studiare in modo approfondito come l’evoluzione del tumore del colon-retto possa portare alla formazione di metastasi e come sia possibile contrastare questo processo. Il cancro del colon-retto è uno dei tumori più frequenti in Italia in entrambi i sessi. La sopravvivenza dei pazienti a 5 anni dalla diagnosi supera il 90% circa in caso di diagnosi precoce e malattia localizzata, mentre la percentuale si può ridurre drasticamente quando ci sono metastasi. I risultati ottenuti nel corso del programma hanno permesso di elaborare strategie per una nuova piattaforma di medicina di precisione basata sulle caratteristiche molecolari e biologiche della malattia, per tenere sotto controllo la patologia e suggerire i trattamenti più adatti a ciascun paziente. In particolare, i ricercatori sono stati in grado di distinguere chi, dopo la chirurgia, ha maggiori probabilità di sviluppare metastasi e va trattato con maggiore intensità, anticipando le terapie più efficaci contro la malattia metastatica, da chi invece è a basso rischio di recidiva e ha per questo bisogno di trattamenti minimi o addirittura di un semplice follow-up.

Il programma 5 per mille coordinato da Alberto Bardelli ha dato risultati nelle sue linee di ricerca traslazionali e cliniche sviluppate intorno a diversi aspetti dei tumori del colon-retto, da quelli immunologici a quelli legati alla riparazione del DNA, dal microbiota e la sua relazione con i tumori all’intestino alla resistenza alle terapie. “Le conoscenze sui tumori del colon-retto e sulle tecnologie a disposizione della ricerca sono in continua evoluzione, e anche il programma si è evoluto nel corso degli anni, raccogliendo diversi frutti e sviluppando nuove idee” spiega Silvia Marsoni, che nell’ambito dello studio ha coordinato diverse sperimentazioni cliniche.

• Gli studi AlfaOmega e AlfaOmega-retrò, il cui obiettivo era la costruzione di piattaforme traslazionali, sono partiti all’inizio del programma. Oltre a 9 laboratori, essi hanno visto coinvolti 19 centri clinici in Italia e in Spagna, grazie al cui impegno sono stati arruolati più di 3.400 pazienti, inclusa una sottopopolazione di pazienti giovani adulti, di età inferiore ai 40 anni. Le piattaforme, che permettono la raccolta di campioni e dati clinici associati, hanno rappresentato la colonna portante del programma e hanno sostenuto le molteplici linee di ricerca dei laboratori traslazionali del gruppo.
• Lo studio CHRONOS è stato il primo studio interventistico in cui si è utilizzata la biopsia liquida per guidare il cosiddetto “rechallenge” della terapia a bersaglio molecolare nella malattia metastatica. In parole semplici, ciò significa somministrare nuovamente un trattamento a un paziente, il cui tumore era diventato resistente, poiché a volte la sensibilità può essere recuperata. Iniziato a cavallo di un precedente programma AIRC 5 per mille, lo studio CHRONOS è terminato e i risultati sono stati presentati all’ASCO, il congresso più importante al mondo per gli oncologi clinici, nel 2021. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Medicine, una delle riviste scientifiche più prestigiose in ambito medico.
• Lo studio ARETHUSA è uno studio interventistico di oncologia di precisione. L’obiettivo era usare farmaci in grado di trasformare tumori metastatici immunologicamente “freddi”, ovvero che non sono rilevati dal sistema immunitario dei pazienti, in tumori immunologicamente “caldi”, riconoscibili da parte delle difese dell’organismo e di conseguenza probabilmente sensibili all’immunoterapia. Si è trattato di uno studio molto complesso e ambizioso, iniziato nel 2019 e concluso a gennaio 2025, che ha visto il trattamento di 107 pazienti. I primi risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Cancer Discovery e hanno aperto la strada a ulteriori approfondimenti, successivamente pubblicati sulla rivista Cancer Cell.
• Lo studio ALFEO è stato uno studio interventistico di oncologia di precisione che ha coinvolto pazienti con tumori al colon-retto. L’obiettivo era usare la vitamina C in combinazione con l’immunoterapia, prima dell’intervento chirurgico, in modo da potenziare l’effetto antitumorale del trattamento. Iniziato a maggio 2023, lo studio si è concluso nel 2025 e i risultati inerenti alla fattibilità e all’efficacia preliminare di questa strategia sono stati presentati al congresso annuale della Società Europea di Oncologia Medica (ESMO), mentre i risultati finali sono in fase di elaborazione per la pubblicazione.
• PEGASUS è stato il primo studio interventistico in Europa in cui si è utilizzata la biopsia liquida per guidare la terapia post-chirurgica nei pazienti affetti da tumore al colon-retto localizzato. Tra luglio 2020 e luglio 2022, nel pieno della pandemia di Covid-19, nello studio PEGASUS sono stati reclutati e inclusi 135 pazienti curati in 11 centri oncologici tra Italia e Spagna. Nel 2025 sono stati presentati i risultati finali dello studio al congresso annuale ESMO, dove nel 2023 e nel 2024 erano già stati presentati alcuni risultati preliminari. In circa un terzo dei pazienti con cancro del colon-retto di stadio III e II ad alto rischio, dopo la rimozione chirurgica del tumore primario, permane una malattia micrometastatica radiologicamente invisibile, ma diagnosticabile con la biopsia liquida. I risultati dello studio PEGASUS suggeriscono anche che, nei pazienti con esito negativa alla biopsia liquida dopo l’intervento, è possibile optare per una terapia meno intensa, riducendo così la tossicità del trattamento senza però comprometterne l’efficacia. La biopsia liquida non serve solo a guidare il trattamento post-chirurgico, ma può anche aiutare a comprendere le caratteristiche dei tumori micrometastatici. Attraverso l’analisi degli RNA sono state rilevate notevoli differenze tra i tumori che dopo l’intervento chirurgico presentano micrometastasi e i tumori che invece non hanno questa caratteristica e non danno recidive. Tali differenze hanno anche rivelato “firme” molecolari che prima della terapia possono aiutare a prevedere la prognosi dei pazienti con un’accuratezza del 70% circa. I ricercatori hanno condotto ulteriori indagini molecolari e grazie all’integrazione di tutte queste informazioni si potrà, nel prossimo futuro, differenziare completamente i tumori con micrometastasi da quelli che non presentano questa caratteristica.
• A novembre 2024 è cominciato ufficialmente anche lo studio clinico su più ampia scala, chiamato SAGITTARIUS, una sperimentazione progettata grazie alle conoscenze acquisite attraverso PEGASUS e sostenuta dal programma Horizon Europe dall’Unione Europea (Grant Agreement numero 101104657). In SAGITTARIUS, attivo in 26 centri clinici tra Italia, Spagna e Germania, si utilizza la biopsia liquida per stabilire la strategia terapeutica post-chirurgica più adatta a ciascun paziente in base alle caratteristiche molecolari, personalizzando il trattamento nei pazienti a più rischio di recidiva (con biopsia liquida positiva) e riducendo l’intensità del trattamento nei pazienti con biopsia liquida negativa.

Per gestire e analizzare i numerosi dati a disposizione, di tipo molecolare, genetico, trascrizionale e clinico, i ricercatori hanno utilizzato anche sistemi di intelligenza artificiale. “Potremmo definirla medicina computazionale nel tumore del colon-retto”, afferma Bardelli, ricordando peraltro la parte del programma che si è occupata di radiopatogenomica, ovvero l’integrazione della genomica con la diagnostica per immagini. Questi studi si sono basati sia sulle informazioni genetiche dei tumori, sia su immagini radiologiche e altre derivate dalla digitalizzazione dei vetrini di tessuti analizzati al microscopio, i cosiddetti vetrini di anatomia patologica. I radiologi e i patologi dei diversi istituti inclusi nel programma hanno creato un gruppo che, grazie all’intelligenza artificiale, è in grado di individuare delle “firme” molecolari e “radiopatomiche” con le quali si potrebbe predire meglio la risposta individuale alle terapie. Nello studio OCEANUS si è validata una firma radiopatomica di predizione della risposta alla chemioterapia standard nei pazienti con malattia metastatica, andando a valutare integrazioni con firme derivate da altre caratterizzazioni molecolari per rifinire ulteriormente l’efficacia di predizione del sistema.

Come suggerisce il coordinatore del programma, gli aspetti principali emersi da questo studio sono stati proprio la forte componente clinica e la grande possibilità di scegliere le terapie in modo più preciso e mirato, anche durante il percorso di cura. L’importanza di questi aspetti è sottolineata dal sempre maggiore rilievo che rivestono le interazioni con i pazienti. Il merito va anche attribuito al coinvolgimento dei giovani ricercatori, parte fondamentale del gruppo di lavoro.

Il gruppo coordinato da Bardelli è stato rappresentato da un consorzio di 12 group leader che collaborano quotidianamente per raggiungere 2 obiettivi generali: migliorare la prognosi del tumore al colon-retto e trovare cure più efficaci da trasferire nella pratica clinica. I group leader coinvolti fanno capo a 5 istituti:

• l’Istituto fondazione di oncologia molecolare (IFOM) di Milano, con Alberto Bardelli, Fabrizio d’Adda di Fagagna e Silvia Marsoni;
• la Fondazione del Piemonte per l’oncologia (FPO) IRCCS presso l’Istituto di Candiolo in provincia di Torino, con Andrea Bertotti, Federica Di Nicolantonio, Caterina Marchiò, Enzo Medico, Daniele Regge e Livio Trusolino;
• il Niguarda Cancer Center e l’Università degli studi di Milano, con Salvatore Siena e Andrea Sartore-Bianchi;
• la Fondazione istituto nazionale di genetica molecolare di Milano, con Sergio Abrignani;
• l’Humanitas Clinical and Research Hospital, sempre di Milano, con Maria Rescigno.

Una parte del consorzio si è dedicato agli aspetti di ricerca di base. Alberto Bardelli, Andrea Bertotti, Sergio Abrignani e Fabrizio d’Adda di Fagagna hanno studiato da diverse prospettive e con approcci innovativi l’evoluzione spazio-temporale del tumore e delle metastasi. Maria Rescigno ha analizzato la relazione tra tumore e microbioma. Enzo Medico e Federica Di Nicolantonio hanno identificato nuovi biomarcatori e classificatori prognostici, mentre Livio Trusolino ha indagato i meccanismi di sensibilità e resistenza ai regimi chemioterapici che potranno essere usati come bersagli per nuove terapie.

Silvia Marsoni ha agito in un certo senso da ponte tra laboratorio e clinica, traslato le potenzialità delle scoperte ottenute in laboratorio progettando tutti i protocolli sperimentali e coordinando, attraverso le piattaforme traslazionali, il flusso dei campioni raccolti nel programma, per le analisi delle diverse unità.

Infine, una parte del programma ha coinvolto più direttamente i pazienti. Salvatore Siena è stato il clinico di riferimento del gruppo e ha coordinato, coadiuvato da Andrea Sartore-Bianchi, una rete di centri clinici d’eccellenza che hanno contribuito all’arruolamento dei pazienti nei protocolli messi a punto nell’ambito del programma stesso. Daniele Regge ha sviluppato metodi di intelligenza artificiale per il supporto alla diagnosi radiologica e ha formato, con Caterina Marchiò ed Emanuela Bonoldi, l’asse della cosiddetta radiopatomica, una tecnologia che in futuro dovrebbe migliorare il potere predittivo della risposta alle terapie.