Structural Biology Lab

Progetto finanziato dal Ministero Università e Ricerca e dalla Banca d’Italia

La scelta del trattamento più adatto per molti tipi di tumore si basa sulla presenza di biomarcatori predittivi. Il metodo più utilizzato per individuarli è la biopsia tissutale, che consiste nel prelevare un frammento di tumore e analizzarlo. Tuttavia, questo approccio fornisce informazioni limitate a un solo punto nello spazio e nel tempo, e quindi non riesce a cogliere la complessità e la variabilità interna del tumore. Inoltre, poiché il cancro è una malattia dinamica, i biomarcatori non sono distribuiti in modo uniforme all’interno delle cellule tumorali: questa eterogeneità rappresenta una delle principali cause di insuccesso delle terapie.

Un’alternativa alla biopsia tradizionale è la biopsia liquida, che consiste nel prelievo e nell’analisi di fluidi biologici non solidi con metodi rapidi e non invasivi. Questo permette di monitorare l’evoluzione del tumore nel tempo attraverso prelievi ripetuti e a distanza di settimane o mesi. I campioni possono essere ottenuti dal sangue, ma anche da altri fluidi corporei come urina, saliva, liquido ascitico, pleurico o cerebrospinale.
In particolare, la biopsia liquida da sangue si basa sull’isolamento e l’analisi di componenti tumorali o associati al tumore che circolano nel flusso sanguigno: cellule tumorali circolanti (CTCs), leucociti, acidi nucleici tumorali, proteine associate al cancro e metaboliti alterati.

Oltre a essere non invasiva, la biopsia liquida può essere eseguita più volte, a differenza della biopsia tissutale che non sempre è praticabile o ripetibile. Questo consente di catturare le cellule e le molecole associate al tumore nelle diverse fasi della malattia, aprendo la strada ad analisi multi-omiche (genomica, trascrittomica, proteomica, metabolomica). Integrare la variabile “tempo” in questo approccio permette di comprendere meglio la natura dinamica del cancro.

Questa prospettiva è particolarmente importante per quei tumori in cui la chirurgia resta la terapia principale, come i sarcomi dei tessuti molli (STSs). Si tratta di tumori rari che originano dai tessuti di derivazione mesenchimale. Nonostante i progressi degli ultimi decenni abbiano migliorato la sopravvivenza, i sarcomi restano caratterizzati da un’alta mortalità, con i polmoni come sede più frequente di metastasi a distanza. Inoltre, anche se negli ultimi vent’anni si è fatto molto per comprendere i meccanismi molecolari alla base dei sarcomi, mancano ancora biomarcatori affidabili per la diagnosi precoce e il monitoraggio della malattia.

L’obiettivo del progetto è caratterizzare la firma molecolare dei sarcomi dei tessuti molli attraverso una piattaforma multi-omica basata sulle biopsie liquide. I diversi livelli di analisi (genomica, trascrittomica, proteomica e metabolomica del sangue periferico) verranno combinati con campionamenti ripetuti nel tempo, per cogliere la natura dinamica del tumore.
I dati ad alta dimensionalità così ottenuti saranno elaborati con strumenti di Intelligenza Artificiale, con lo scopo di suddividere i pazienti in sottogruppi, stimare le probabilità di sopravvivenza e individuare nuovi bersagli terapeutici.

We use NMR spectroscopy, mass spectrometry and bioinformatics to explore the structure and function of biomolecules.

Grasso, D., Galderisi, S., Santucci, A., & Bernini, A. (2023). Pharmacological Chaperones and Protein Conformational Diseases: Approaches of Computational Structural Biology. International Journal of Molecular Sciences, 24(6). https://doi.org/10.3390/IJMS24065819

Cannarella, R., Gusmano, C., Condorelli, R. A., Bernini, A., Kaftalli, J., Maltese, P. E., Paolacci, S., Dautaj, A., Marceddu, G., Bertelli, M., Vignera, S. la, & Calogero, A. E. (2023). Genetic Analysis of Patients with Congenital Hypogonadotropic Hypogonadism: A Case Series. International Journal of Molecular Sciences 2023, Vol. 24, Page 7428, 24(8), 7428. https://doi.org/10.3390/IJMS24087428

Grasso, D., Geminiani, M., Galderisi, S., Iacomelli, G., Peruzzi, L., Marzocchi, B., Santucci, A., & Bernini, A. (2022). Untargeted NMR Metabolomics Reveals Alternative Biomarkers and Pathways in Alkaptonuria. International Journal of Molecular Sciences, 23(24). https://doi.org/10.3390/IJMS232415805

Pasqui, A., Boddi, A., Campanacci, D. A., Scoccianti, G., Bernini, A., Grasso, D., Gambale, E., Scolari, F., Palchetti, I., Palomba, A., Fancelli, S., Caliman, E., Antonuzzo, L., & Pillozzi, S. (2022). Alteration of the Nucleotide Excision Repair (NER) Pathway in Soft Tissue Sarcoma. International Journal of Molecular Sciences 2022, Vol. 23, Page 8360, 23(15), 8360. https://doi.org/10.3390/IJMS23158360

Patiti, C., Sfragano, P. S., Laschi, S., Pillozzi, S., Boddi, A., Crociani, O., Bernini, A., & Palchetti, I. (2022). Chip-Based and Wearable Tools for Isothermal Amplification and Electrochemical Analysis of Nucleic Acids. Chemosensors 2022, Vol. 10, Page 278, 10(7), 278. https://doi.org/10.3390/CHEMOSENSORS10070278

Grasso, D., Pillozzi, S., Tazza, I., Bertelli, M., Campanacci, D. A., Palchetti, I., & Bernini, A. (2022). An improved NMR approach for metabolomics of intact serum samples. Analytical Biochemistry, 654, 114826. https://doi.org/10.1016/j.ab.2022.114826

Gambale, E., Boddi, A., Pasqui, A., Campanacci, D. A., Scoccianti, G., Palchetti, I., Bernini, A., Antonuzzo, L., & Pillozzi, S. (2022). Pharmacogenomics of soft tissue sarcomas: New horizons to understand efficacy and toxicity. Cancer Treatment and Research Communications, 31, 100528. https://doi.org/10.1016/J.CTARC.2022.100528

Kiani, A. K., Mor, M., Bernini, A., Fulcheri, E., Michelini, S., Herbst, K. L., Buffelli, F., Belgrado, J.-P., Kaftalli, J., Stuppia, L., Dautaj, A., Dhuli, K., Guda, T., Manara, E., Maltese, P. E., Michelini, S., Chiurazzi, P., Paolacci, S., Ceccarini, M. R., … Bertelli, M. (2021). Steroid-converting enzymes in human adipose tissues and fat deposition with a focus on AKR1C enzymes. European Review for Medical and Pharmacological Sciences, 25(1 Suppl), 23–32. https://doi.org/10.26355/EURREV_202112_27330

Camilleri, G., Kiani, A. K., Herbst, K. L., Kaftalli, J., Bernini, A., Dhuli, K., Manara, E., Bonetti, G., Stuppia, L., Paolacci, S., Dautaj, A., & Bertelli, M. (2021). Genetics of fat deposition. European Review for Medical and Pharmacological Sciences, 25(1 Suppl), 14–22. https://doi.org/10.26355/EURREV_202112_27329

Bernini, A., Petricci, E., Atrei, A., Baratto, M. C., Manetti, F., & Santucci, A. (2021). A molecular spectroscopy approach for the investigation of early phase ochronotic pigment development in Alkaptonuria. Scientific Reports, 11(1), 22562. https://doi.org/10.1038/S41598-021-01670-Z

Pillozzi, S., Bernini, A., Palchetti, I., Crociani, O., Antonuzzo, L., Campanacci, D., & Scoccianti, G. (2021). Soft Tissue Sarcoma: An Insight on Biomarkers at Molecular, Metabolic and Cellular Level. Cancers 2021, Vol. 13, Page 3044, 13(12), 3044. https://doi.org/10.3390/CANCERS13123044

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