Custom Probe-Based Spatial Transcriptomics Enables Microbiome Detection in FFPE Colorectal Cancer Tissue

Dentro ogni tumore, esiste un mondo nascosto. Per anni, gli scienziati hanno saputo che i batteri vivono all'interno dei tumori umani, non solo come passeggeri accidentali, ma come partecipanti attivi che possono influenzare il modo in cui una malattia cresce, come il sistema immunitario reagisce e persino quanto un paziente risponda al trattamento. Queste comunità microscopiche non sono sparse casualmente; formano specifici quartieri all'interno del tessuto, interagendo con le cellule umane in modi complessi. Per comprendere queste interazioni, i ricercatori devono vedere dove si trovano i batteri rispetto alle cellule umane, molto simile a una mappa che mostra sia le case che le persone che vivono al loro interno. Per molto tempo, questo tipo di mappatura dettagliata è stato possibile solo con campioni di tessuto freschi, che sono rari e difficili da raccogliere. La stragrande maggioranza dei record medici, tuttavia, consiste in tessuti che sono stati conservati in blocchi di cera, un metodo che è stato lo standard per decenni ma che era precedentemente considerato troppo degradato per questo tipo di lavoro investigativo batterico ad alta risoluzione.

Un team di ricercatori ha ora colmato questo divario, sviluppando un nuovo modo per mappare i batteri all'interno di questi campioni di tessuto conservati. Adattando una tecnologia progettata per leggere i geni umani, hanno creato un set personalizzato di strumenti molecolari che possono anche trovare e localizzare tipi specifici di batteri. Hanno testato questo approccio su campioni di cancro del colon-retto, una malattia in cui la relazione tra batteri e tumori è particolarmente importante. Il loro lavoro dimostra che è possibile vedere la disposizione spaziale dei microbi in vecchi campioni medici archiviati senza perdere la capacità di leggere il codice genetico umano insieme ad essi. Ciò apre la porta allo studio di decenni di campioni di pazienti conservati per comprendere come i batteri influenzino il cancro in modi che prima erano invisibili.

I ricercatori hanno iniziato progettando un nuovo set di sonde molecolari, che sono essenzialmente piccoli tag fatti su misura che si attaccano a specifiche sequenze genetiche. In questo caso, hanno preso di mira il codice genetico dei batteri, specificamente le regioni variabili di una molecola chiamata 16S rRNA, che funge da identificatore unico per diversi gruppi batterici. Hanno costruito queste sonde affinché funzionassero con una moderna piattaforma di imaging chiamata Visium CytAssist, un sistema che cattura informazioni genetiche da sottili fette di tessuto mantenendo intatta la loro forma e posizione originale. La sfida era far sì che queste sonde batteriche funzionassero insieme alle sonde standard utilizzate per leggere i geni umani, assicurando che i due sistemi non interferissero l'uno con l'altro. Hanno creato un pool di 195 coppie di queste sonde, che miravano a 15 diversi gruppi di batteri noti per essere rilevanti per il cancro del colon-retto, e le hanno mescolate nel kit di test standard.

Per testare se questo nuovo metodo funzionasse, il team lo ha applicato a sei campioni di tessuto del colon-retto che erano stati conservati in blocchi di cera. Tre di questi campoli erano tumori, e tre erano tessuti sani prelevati dagli stessi pazienti vicino al tumore. Il processo prevedeva il taglio del tessuto, il trattamento con la miscela di sonde personalizzata e poi l'uso di una macchina per leggere i segnali genetici. I risultati sono stati immediati e chiari: il sistema ha rilevato con successo sia i geni umani che i segnali batterici nelle stesse sezioni di tessuto. Fondamentalmente, la presenza delle sonde batteriche non ha disturbato la lettura dei geni umani. Quando i ricercatori hanno analizzato i dati genetici umani, le cellule si sono organizzate nei modelli attesi, con gruppi distinti per il rivestimento del colon, gli strati muscolari e le cellule immunitarie, proprio come avviene nel tessuto fresco. Ciò ha confermato che il nuovo metodo è sicuro da usare e non ha danneggiato le delicate informazioni conservate nei campioni preservati.

La scoperta più eccitante è arrivata quando i ricercatori hanno osservato dove si trovavano i batteri. Nei campioni di tessuto sano, i segnali batterici erano trovati principalmente sulla superficie, rivestendo l'interno del colon, il che corrisponde a ciò che si sa su come i batteri vivano naturalmente in un intestino sano. Tuttavia, i campioni tumorali hanno raccontato una storia più complessa. Nella maggior parte dei campioni tumorali, i batteri sono stati trovati in piccoli cluster concentrati. Ma un campione tumorale specifico si è distinto drammaticamente. Conteneva un segnale batterico molto più alto rispetto agli altri, e questi batteri non erano solo seduti sulla superficie; erano profondamente immersi nel tessuto tumorale stesso.

Quando i ricercatori hanno guardato più da vicino i tipi di batteri in questo tumore ad alto segnale, hanno trovato due gruppi principali: uno correlato a un genere chiamato Porphyromonas e un altro correlato a Bacteroides-Phocaeicola. Sebbene entrambi i gruppi fossero presenti in tutto il tumore, seguivano percorsi diversi mentre si muovevano più in profondamente nel tessuto. Un gruppo sembrava penetrare nel tumore in una direzione diversa o a un ritmo diverso rispetto all'altro. Ciò suggerisce che diversi tipi di batteri potrebbero invadere il tumore in modi unici, interagendo potenzialmente in modo diverso con le cellule umane circostanti. La capacità di vedere questi distinti pattern in un singolo campione è qualcosa che i metodi più vecchi non potevano raggiungere, poiché quei metodi avrebbero mescolato tutti i batteri insieme, perdendo l'informazione su dove ogni tipo stesse effettivamente vivendo.

Questo studio non sostiene di aver risolto il mistero di come i batteri causino il cancro, né prova che questi specifici batteri siano gli unici motori della malattia. Inveve, stabilisce una nuova capacità. Dimostra che gli scienziati possono ora prendere i vasti archivi di campioni di tessuto conservati dagli ospedali di tutto il mondo e iniziare a mappare le comunità batteriche al loro interno con alta precisiono. I ricercatori hanno notato che, poiché il loro metodo utilizza sonde specifiche, possono trovare solo i batteri per i quali hanno progettato le sonde, il che significa che non possono scoprire specie completamente nuove e sconosciute con questa specifica configurazione. Tuttavia, il sistema è abbastanza flessibile da poter essere ampliato con più sonde in futuro.

Le scoperte evidenziano anche l'importanza di osservare la disposizione spaziale dei microbi. Il fatto che diversi batteri mostrassero diversi modelli di distribuzione all'interno dello stesso tumore suggerisce che la loro posizione conta. Alcuni potrebbero trovarsi sulla superficie, mentre altri stanno attivamente infiltrando il nucleo del cancro. Questo livello di dettaglio era precedentemente impossibile da ottenere dal tipo più comune di campione medico. Dimostrando che questa tecnica funziona su tessuto fissato in formalina ed incluso in paraffina, i ricercatori hanno fornito un quadro generale che può essere applicato ad altre malattie e ad altri tipi di campioni conservati. Trasforma il modo in cui gli scienziati possono guardare indietro alla storia medica, permettendo loro di porre nuove domande sul mondo microbico invisibile che vive nei nostri corpi e su come esso modelli la nostra salute.