Preclinical Evaluation of Itareparib, a brain penetrant PARP1-selective radioligand, in Glioma Rat Model and Nonhuman Primate

All'interno del cervello umano, una complessa rete di cellule lavora instancabilmente per mantenere la vita, ma a volte queste cellule crescono in modo incontrollato, formando tumori noti come gliomi. Queste escrescenze sono particolarmente difficili da trattare perché non rimangono in un unico posto ordinato; invece, si intrecciano attraverso il tessuto cerebrale sano come radici nel terreno, rendendo difficile vedere esattamente dove inizia e dove finisce la malattia. Attualmente i medici si affidano alla risonanza magnetica, o MRI, per mappare questi tumori, ma questa tecnologia ha dei limiti. Può mostrare la forma del tumore e dove ha causato un rigonfiamento, eppure spesso perde di vista le cellule infiltranti invisibili che sono scivolate oltre le difese naturali del cervello. Per comprendere veramente questi tumori, gli scienziati hanno bisogno di un modo per vedere la specifica macchina molecolare che li alimenta. Una di queste macchine è un enzima chiamato PARP1. Questa proteina agisce come una squadra di riparazione per il DNA danneggiato e, nelle cellule di glioma, lavora spesso in straordinaria attività per mantenere in vita il cancro e renderlo resistente al trattamento. Se i medici potessero vedere esattamente dove e quanto esiste questo enzima di riparazione all'interno di un tumore, potrebbero pianificare meglio gli interventi chirurgici, prevedere come un paziente potrebbe rispondere alla terapia e monitorare se un trattamento stia effettivamente funzionando.

Per anni, i ricercatori hanno cercato di costruire un tipo speciale di telecamera per il cervello che potesse individuare questo enzima. Questa telecamera utilizza una minuscola quantità di materiale radioattivo attaccato a una molecola di farmaco, che viene poi iniettata nel corpo. Mentre la molecola viaggia attraverso il flusso sanguigno, cerca e si attacca all'enzima PARP1. Uno scanner rileva quindi la radiazione, creando un'immagine di dove si trova l'enzima. La sfida è stata trovare una molecola che fosse abbastanza piccola e leggera da attraversare la parete protettiva del cervello, nota come barriera emato-encefalica, senza incastrarsi o degradarsi troppo velocemente. In uno studio recente, un team di scienziati della Yale University e dei loro collaboratori si è messo alla prova per testare un nuovo candidato per questo compito chiamato [18F]Itareparib. Volevano sapere se questo nuovo tracciante potesse entrare con successo nel cervello, trovare l'enzima PARP1 nei tumori di glioma e fornire un'immagine chiara e quantificabile della malattia.

Per testare la loro idea, i ricercatori si sono rivolti a un modello realistico della malattia. Hanno fatto crescere cellule di glioma umano all'interno dei cervelli di ratti, creando tumori che si comportavano molto come i tumori infiltrativi osservati negli esseri umani. Questi tumori erano progettati per avere una barriera emato-encefalica relativamente intatta, imitando un tipo difficile di glioma umano in cui la parete protettiva è ancora in gran parte funzionante. Il team ha iniettato il nuovo tracciante in questi ratti e ha osservato come si muoveva. Hanno scoperto che il tracciante entrava rapidamente nel cervello e, entro pochi minuti, iniziava ad accumularsi nel tumore. Il segnale nel tumore era quattro volte più forte rispetto al tessuto cerebrale sano circostante. Questo era un segno promettente che il tracciante stava trovando il suo bersaglio. Per essere assolutamente certi che il tracciante si stesse attaccando all'enzima PARP1 e non si fosse semplicemente intrappolato per caso, gli scienziati hanno eseguito un esperimento di blocco. Hanno somministrato ai ratti un farmaco diverso che è noto per occupare l'enzima PARP1, riempiendo efficacemente tutti i posti disponibili. Quando hanno iniettato nuovamente il tracciante, il segnale nel tumore è sceso drasticamente, cadendo allo stesso basso livello del cervello sano. Ciò ha dimostato che il tracciante cercava specificamente l'enzima PARP1 e si legava ad esso, e che quando l'enzima era bloccato, il tracciante non aveva altro posto dove andare.

I ricercatori non si sono fermati all'osservazione del tracciante negli animali vivi. Hanno anche preso i cervelli dei ratti dopo le scansioni ed esaminato sottili fette di tessuto al microscopio. Hanno utilizzato una tecnica chiamata autoradiografia, che è come scattare una fotografia del tracciante radioattivo direttamente sul tessuto, e l'hanno confrontata con un metodo che colora l'enzima PARP1 per farlo brillare. I risultati corrispondevano perfettamente. Le aree in cui il tracciante era più luminoso erano le stesse aree in cui l'enzima PARP1 era più abbondante. Inoltre, hanno confermato che il tracciante rimaneva stabile all'interno del cervello, senza degradarsi in altre sostanze che potrebbero confondere l'immagine. Nei ratti, più del 99 percento del segnale radioattivo nel cervello un'ora dopo l'iniezione era ancora il tracciante originale e intatto. Questo alto livello di stabilità è fondamentale perché significa che l'immagine che lo scanner vede è un riflesso reale della posizione dell'enzima, non un ammasso di frammenti degradati.

Per garantire che queste scoperte potessero tradursi negli esseri umani, il team ha testato il tracciante anche in un primate non umano sano, un tipo di scimmia che è molto simile agli esseri umani per struttura e funzione cerebrale. Hanno iniettato il tracciante e hanno osservato come si muoveva nel cervello della scimmia. Il tracciante è entrato rapidamente nel cervello, raggiungendo la sua massima concentrazione entro dieci minuti, e poi è uscito altrettanto velocemente. Questo ingresso e uscita rapidi sono esattamente ciò che gli scienziati vogliono vedere; significa che il tracciante può attraversare la barriera emato-encefalica facilmente e non rimane bloccato nel tessuto sano, il che creerebbe un'immagine di sfondo sfocata. Quando hanno somministrato il farmaco di blocco alla scimmia prima del tracciante, la quantità di tracciante rimasta nel cervello è scesa di circa il 21 percento. Ciò ha confermato che il tracciante si lega allo stesso bersaglio nei primati come nei ratti, e che questo legame può essere misurato e quantificato. Lo studio ha dimostrato che il tracciante si comporta in modo prevedibile e reversibile, consentendo ai ricercatori di calcolare esattamente quanto sia presente il bersaglio senza necessità di procedure invasive e complesse.

Il lavoro presentato in questo articolo offre un passo avanti significativo nella ricerca di una visualizzazione più accurata dei tumori cerebrali. Dimostrando che [18F]Itareparib può attraversare la barriera emato-encefalica, trovare la PARP1 nelle cellule di glioma e fornire un segnale chiaro e misurabile che cambia quando il bersaglio viene bloccato, i ricercatori hanno convalidato un potente nuovo strumento. La capacità del tracciante di distinguere tra tumore e tessuto sano, anche quando la barriera emato-encefalica del tumore non è completamente degradata, suggerisce che potrebbe essere utilizzato per mappare l'effettiva estensione dei gliomi infiltrativi che l'imaging attuale potrebbe perdere di vista. Sebbene questo studio sia stato condotto su animali e non provi ancora che il tracciante funzionerà sui pazienti umani, i risultati forniscono una solida base per lo sviluppo ulteriore. Se i futuri studi clinici confermeranno queste scoperte, questa tecnica di imaging potrà eventualmente aiutare i medici a vedere le parti invisibili dei tumori cerebrali, personalizzare i trattamenti sulla base della biologia specifica del cancro di ogni paziente e monitorare l'efficacia delle nuove terapie in tempo reale.