Diagnostica

Biomarcatori Galliera

I biomarcatori sono indicatori misurabili (quantitativi) che danno informazioni riguardo lo stato di condizione fisiologica o patologica di un paziente. Si applicano a diversi contesti, esistono marcatori di:

• Patologia
• Condizione fisica → monitoraggio atleti: battito cardiaco, pressione, etc.
• Condizione fisiologica → indicatori di crescita, rimodellamento osseo
• Risposta a trattamento farmacologico

È importante l'accuratezza e precisione di un biomarcatore → quanto è preciso nel dare informazioni indirette → ci sono diversi valori che possono variare per molti motivi, quando si utilizza un biomarcatore bisogna essere sicuri che sia lo specchio dello stato del paziente. Alcuni biomarcatori sono molto precisi e sensibili, altri sono indicativi. L'accuratezza di un biomarcatore indica quanto può variare un parametro all'interno della stessa persona (variabilità intraindividuale), all'interno di una popolazione (variabilità interindividuale) oppure tra soggetti apparentemente sani e soggetti patologici.

Tipi di biomarcatori

Possiamo avere tanti tipi di biomarcatori, per esempio il glucosio che valuta resistenza a insulina e diabete; anche la diagnostica per immagini è un biomarcatore come RX e radiografie per vedere lo stato di riassorbimento dell'osso; possiamo avere biomarcatori genetici → suscettibilità a una patologia.

Scopi dei biomarcatori

• Migliorare l'approccio clinico → maggiore precisione
• Migliorare l'approccio terapeutico → si va verso la medicina personalizzata, quale trattamento è migliore per un determinato paziente

In generale lo scopo è migliorare i progressi della medicina. I vantaggi di usare un marcatore invece di un'analisi strumentale o generica sul paziente, parlando in particolar modo di biomarcatori circolanti (nel sangue):

• Praticità → informazione sul paziente con un prelievo di sangue → si può fare anche tutti i giorni, al contrario di RX, PET, indagini con liquido di contrasto → poco invasivi e molto informativi. Sono quindi più facilmente misurabili
• Possono essere meno influenzati da altri trattamenti → bisogna sapere se sono influenzati da trattamenti e altre variabili, i biomarcatori permettono di anticipare determinate condizioni più gravi e intervenire

Sono utili nelle fasi finali di una malattia → si può caratterizzare meglio un paziente e scegliere una terapia di accompagnamento il più calibrata possibile sul paziente e non invasiva.

Importanza e applicazioni

Un biomarcatore rispetto alla manifestazione clinica è utilizzato come surrogate endpoint → endpoint è la manifestazione clinica → ci dà informazioni indirettamente sulla condizione clinica. Si parlava già di surrogate endpoint nell'AIDS → si utilizza il livello di LT CD4 per vedere quanto il paziente sta andando verso immunodeficienza → si può calibrare la terapia.

Si cerca di andare verso una medicina, terapia, farmacologica personalizzata → disegnare la terapia apposta sul paziente: terapia più adatta ed efficace per quel determinato paziente.

Nuovi biomarcatori

Ci sono infiniti nuovi biomarcatori → ci sono anche combinazioni di molecole. Gli approcci per trovare biomarcatori partono dallo studio del meccanismo patologico, se è già noto, di quella patologia. Per trovare biomarcatori è necessario avere l'approccio più vasto possibile → omica. Si fa un'analisi a tappeto confrontando paziente malato e sano → raccolgo dati sulle possibili alterazioni che la patologia presenta rispetto a una condizione patologica.

I dati possono arrivare da un'analisi genomica o proteomica → il problema non è a livello genetico ma a livello della traduzione o del folding delle proteine. Si può alzare il livello di analisi e passare alla metabolomica → le proteine collaborano tra loro e interagiscono con altre molecole (lipidi e carboidrati) → approccio ancora più ad ampio raggio. Il paradigma una mutazione = una patologia è sempre più raro, serve un modo sempre più ampio per capire le patologie e capire come affrontarle → serve una diagnostica precisa e corretta.

Difficoltà nell’introduzione di nuovi biomarcatori

Non è facile identificare nuovi biomarcatori e applicarli. Ci sono una serie di difficoltà e limiti nell'applicare un biomarcatore alla clinica:

• Tecnico → bisogna mettere a punto esami che misurino una determinata molecola in modo specifico
• Regolatorio → introduzione di un nuovo protocollo nei protocolli già presenti in clinica, bisogna dimostrare che il nuovo biomarcatore è più informativo di quello usato in precedenza
• Etico → alcuni marcatori sono passati dal SSN solo in determinate condizioni

Dal punto di vista tecnico, quando si trova una nuova molecola informativa bisogna tradurre la sua scoperta nella pratica → serve un test in grado di misurare la molecola. Il biomarcatore deve essere:

• Accurato
• Sensibile: meglio 0 nel soggetto controllo e visibile in malattia, oppure stabilisco cut off → il cut off deve essere il più basso possibile
• Specifico: ad esempio proteina C reattiva è molto sensibile, ma non è specifica → è alta sia quando c'è la febbre, sia con appendicite, sia un ascesso al dente etc.

Un biomarker deve essere misurabile (meglio se si trova in fluidi corporei) con un test il più possibile fruibile da tutti → test di facile esecuzione e possibilmente applicabile su strumenti già presenti → costo inferiore. Bisogna capire se il biomarker è sufficientemente predittivo. In diversi set up deve dare sempre la stessa risposta.

Ci sono questioni da affrontare a livello burocratico → ci sono studi clinici e preclinici inerenti i biomarker → servono dati! Se i biomarcatori sono collegati allo sviluppo di farmaci devono passare vari passaggi di approvazione e bisogna dimostrare sia il razionale scientifico di correlazione con la patologia sia la praticità da un punto di vista tecnico.

Un biomarcatore ideale è un biomarcatore che:

• Può essere misurato in un test analitico (no RX, no PET, no biopsia)
• Ha una performance definita (deve avere variabilità minore)
• Ha una letteratura ed evidenze scientifiche riguardo la sua fisiologia, la sua tossicologia (se legato a farmaco), la sua clearance (vita media di una molecola → ogni quanto conviene andarla a misurare)
• È sensibile, specifico e accurato
• Ha alto valore predittivo
• Ha costo-beneficio giustificabile
• È modificabile a seconda del trattamento
• È affidabile dal punto di vista di variabilità biologica → medicina di genere: risposte diverse tra uomo e donna; differenze tra adulti e bambini

La curva ROC è un grafico statistico che combina la sensibilità e la specificità e dà un parametro unico, che confrontato, permette di capire quale marcatore ha una potenza diagnostica migliore o peggiore di un altro.

I limiti nell'utilizzo di biomarcatori sono la variabilità biologica legata al singolo paziente, la presenza di parametri sensibili durante il prelievo di sangue (i globuli rossi possono rompersi durante il prelievo e liberare le sostanze), problematiche riguardanti la conservazione del campione e post analitici.

Classificazione biomarcatori

Possiamo classificare i biomarcatori:

• 0: più generici → segni e sintomi patologia
• 1: prime manifestazioni cliniche della patologia (es. glicemia)
• 2: più precisi, sono surrogate endpoints, sono anche predittivi e danno informazioni sulla progressione della malattia

Possiamo classificarli anche in base alle informazioni che danno sulla patologia:

• Predizione, rischio e suscettibilità
• Marker di diagnosi differenziale
• Marker prognostici

Sul tipo di molecola:

• Genetico (rari)
• Proteine
• RNA → miRNA
• Carboidrati

Sulla base dei criteri:

• Marker in silico → usati in applicazioni omics
• Imaging
• Marker di patologia

Utilizzo biomarcatori

I biomarcatori sono stati utilizzati inizialmente in campo oncologico → dobbiamo poter seguire l'andamento di un tumore durante la terapia, non si sa a quali fattori sia legata l'insorgenza e la progressione di un tumore, inoltre un tumore non influisce solo sull'organo che attacca ma su tutto l’organismo.

I biomarcatori possono essere utilizzati in ambito farmacologico → possono velocizzare la risposta riguardo l’efficacia del farmaco o le sue problematiche, possono dare una giustificazione all'arruolamento di determinati pazienti davanti al comitato etico.

Possiamo avere biomarcatori che si basano su test di laboratorio, ci sono biomarcatori che valutano la fisiopatologia (quindi pulsazioni, battito cardiaco ecc), ci sono biomarcatori dal punto di vista della valutazione cognitiva di un paziente, questi sono utilizzati nelle patologie neurologiche e neurodegenerative, dove è difficile valutare come sta progredendo la patologia (es. un Parkinson, una demenza senile ecc.) e allora si fanno tutta una serie di tests fisiologici e cognitivi sul soggetto. Ci sono biomarcatori nella diagnostica per immagini, nell'elettrofisiologia, nella citologia (pap test e tamponi).

All'interno della famiglia dei biomarcatori abbiamo dei biomarcatori generali per monitorare lo stato di salute, esempi sono: battito cardiaco, pressione, peso, altezza ecc. (anche questi sono biomarcatori anche se non indicano una patologia). Tra i biomarcatori generali, abbiamo i biomarcatori di patologia. All'interno dei biomarcatori di patologia abbiamo uno specifico tipo di biomarcatori, ovvero quelli che chiamiamo surrogate endpoints, biomarker che ci danno un’informazione indiretta sulle caratteristiche o sul rischio più grave di quella patologia, su quanto quella patologia si sta aggravando.

I biomarcatori servono a stratificare il rischio in pazienti che hanno fattore di rischio da sani → per età e familiarità → screening. Una volta che la patologia è presente possiamo classificarla come tipo e stadio per avere un approccio clinico specifico e, dove possibile, avere anche un approccio prognostico. Nel caso dei trapianti ad esempio posso vedere determinati marcatori e quantificare quanto sia il rischio maggiore nel caso di non ricezione dell'organo.

Biomarcatori in farmacologia

Ci sono marcatori usati in base all’applicazione:

• Marcatori safety: quanto un farmaco è sicuro, vale anche più del 50% dell’approvazione
• Marker di efficacia: quanto un farmaco è efficace
  • Surrogate endpoint → info sulla condizione clinica in modo diretto
  • Marker predittivi nella medicina personalizzata: quanto il paziente avrà vantaggio
  • Marker prognostici: quanto si allunga l’aspettativa di vita e quanto migliora il paziente
  • Farmacodinamica: in quanto il farmaco è smaltito ed elaborato → come deve essere il ciclo della terapia

Safety biomarkers

Uso biomarcatori di non tossicità → ho biomarcatori classici e si va a vedere che il farmaco non alteri:

• Metabolismo
• Feedback ormonali

Esistono marker di tossicità a livello di fegato e rene e a livello ematologico → molti trattamenti chemioterapici vanno ad alterare l’emocromo. Ci sono farmaci che hanno effetto sul rimodellamento dell'osso → possono indurre osteoporosi o peggiorare l'osteoporosi già presente.

Marker di efficacia

Bisogna dimostrare che il biomarcatore sia in grado di dare informazioni sull'efficacia del farmaco. I biomarker predittivi devono stratificare i pazienti su chi sarà responsivo o meno al trattamento → bisogna indirizzare i pazienti al trattamento giusto senza perdere tempo → medicina personalizzata. I marker prognostici permettono di fare una previsione di come si evolverà la patologia nel paziente → servono valori strettamente correlati alla patologia.

I biomarcatori sono utili a livello preclinico, clinico, farmacosorveglianza (postmarketing), stratificazione di altri biomarker → i nuovi biomarker vanno confrontati con quelli già presenti in clinica.

Markers tumorali

Un biomarcatore nel caso dei tumori è un prodotto metabolico o un componente specifico di derivazione delle cellule tumorali presente e misurabile nei fluidi biologici. Deve essere presente in quantità misurabili. In una biopsia vediamo cosa succede nel sito tumorale → non possiamo fare una biopsia spesso, quindi per avere informazioni quantitative e monitorabili nel tempo è meglio avere un biomarker.

Si definisce marker tumorale ogni segnale biologico correlato alla presenza di un tumore misurabile a distanza da esso. A questi segnali appartengono:

• Sostanze espressione dell'interazione tumore/ospite: sono compresi in questa categoria numerosi parametri ematochimici classici (es. VES, enzimi epatici, proteine della fase acuta, indicatori di catabolismo osseo, etc.). Sono indicatori di danno del tessuto normale invaso dal tumore. Sono abitualmente indicatori efficaci di malattia neoplastica avanzata. Variano in maniera caratteristica → il tumore li altera in maniera caratteristica
• Sostanze prodotte prevalentemente dal tumore: si tratta di prodotti legati al fenotipo maligno. Sono indicatori biologicamente più precoci in quanto espressamente legati alla presenza del tumore → in soggetti senza tumore non sono misurabili. Ci sono molecole caratteristiche della presenza di una cellula tumorale, ma ci sono alcune situazioni non legate al tumore in cui queste molecole vengono espresse → segnale dei marker disturbato. La quantità di sostanza è proporzionale alle dimensioni della massa tumorale

I markers possono essere identificati dalla seguente definizione operativa:

1. Sono sostanze espresse sia dai tessuti neoplastici che dai tessuti normali
2. Vengono prodotti in maggior quantità dai tessuti tumorali (indicatori quantitativi, non qualitativi, del tumore)
3. Sono presenti nel sangue in quantità proporzionale alla massa del tumore → più cellule tumorali ci sono maggiore sarà la sostanza secreta
4. Sono misurabili nel sangue anche nei soggetti senza tumore

Utilizzo marker tumorali

I marcatori tumorali sono utilizzati:

• Nella diagnosi precoce e/o nello screening di massa → nessuno dei marcatori tumorali oggi in uso presenta caratteristiche idonee a questa funzione.
• Nella diagnosi differenziale → in questo campo i marcatori tumorali hanno apportato una notevole agevolazione per il medico curante in associazione con altre metodiche diagnostiche. Sono di valido aiuto per una diagnosi differenziale in pazienti in cui si sospetta la presenza di neoplasia, anche con sintomatologia non ben definita.
• Nella caratterizzazione biologica →della neoplasia lo studio dei marcatori tumorali è importante per completare il quadro per la definizione di isotipo, in collaborazione con l'anatomo-patologo si può ricercare il marcatore su cytosol o tessuto. Il valore del marcatore contribuisce alla stadiazione e alla prognosi e quindi risulta indispensabile per determinare l'opportuna strategia terapeutica.
• Nel monitoraggio → questo è il caso in cui è più usato il marcatore tumorale ed è il ruolo più importante di tali indagini cliniche. L'utilizzazione dei markers tumorali è richiesta in occasione di casi pre e post operatori, durante le relative terapie radio o chemio e nei casi in cui si sospetta la possibile formazione di metastasi. Il monitoraggio dura almeno 5 anni → prima di dichiarare il paziente guarito si aspettano 5 anni. I biomarcatori sono utilizzati prevalentemente in questo caso, gli altri casi sono più rari perché mancano ancora di specificità. Si sta cercando di affinare le tecniche per far sì che questi biomarcatori siano sempre più specifici per poterli utilizzare per la prevenzione e nello screening, solo in pochi casi in cui c'è una correlazione univoca biomarcatore - tumore si possono usare nei passaggi prima

Screening

I markers tumorali hanno sensibilità e specificità limitate. Non devono quindi essere usati in programmi di screening su popolazione generale. In alcuni casi i markers possono essere usati per screening di popolazioni selezionate con maggior rischio di tumore:

• CT (calcitonina) nei consanguinei dei pazienti con cancro midollare della tiroide → screening limitato
• AFP (alfa feto proteina) nell'epatopatia cronica evolutiva, si fa in pazienti già affetti per prevenire se la patologia si evolve in HCC
• PSA (antigene prostatico specifico) nei maschi adulti dopo i 60 anni (rapporto costo/efficacia ancora in valutazione) → popolazione a rischio

Si fanno in gruppi di popolazione già a rischio.

Diagnosi di tumore primitivo

Diagnosi differenziale fra tumore e malattia benigna in un paziente con sintomi.

Generalmente, i markers tumorali non possono essere di aiuto diagnostico per la limitata specificità e sensibilità. La diagnosi va fatta con la biopsia → ci sono biomarcatori istologici. Fanno eccezione alcuni markers dotati di alta specificità tissutale che possono essere usati in alcune particolari patologie:

• Cancro a piccole cellule del polmone (NSE)
• Cancro midollare della tiroide (CT)
• Cancro del testicolo (AFP, HCG)
• Cancro dell’ovaio (AFP, HCG)
• Coriocarcinoma (HCG)
• Neoplasie endocrine secernenti specifici ormoni

HCG è presente solo nelle fasi iniziali della gravidanza.

Monitoraggio

Monitoraggio a breve termine dopo la terapia primaria

Livelli elevati persistenti dopo una terapia ritenuta radicale suggeriscono la possibile presenza di malattia occulta, residua o disseminata. Riduzione dei livelli (anche all'interno del range di normalità) possono indicare la capacità del tumore di esprimere il marker (caratterizzazione fenotipica). Il marker può incidere sulle decisioni cliniche in modo critico (restaging, terapia adiuvante, periodicità del follow-up).

Monitoraggio a lungo termine dopo la terapia primaria

L'incremento del livello di un marker tumorale può suggerire la ripresa della malattia. L'incremento del livello del marker può precedere di parecchi mesi (3-12) l'evidenza clinico/strumentale della ripresa della malattia. Nel caso di neoplasie curabili in fase avanzata il marker può incidere in... [continua]