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Il cancro al seno è un tumore maligno che nasce dai tessuti epiteliali del seno a causa di alterazioni genetiche, disregolazione ormonale e altri fattori patogeni. È la malignità più comune tra le donne in tutto il mondo e presenta modelli epidemiologici unici e una notevole eterogeneitàintratumorale 1,2. DOX, un agente chemioterapeutico di prima linea, si intercala nel DNA, inibisce l'attività della topoisomerasi II e induce la rottura del filamento del DNA, scatenando infine l'apoptosi nelle celluletumorali 3. I tradizionali sistemi di coltura cellulare bidimensionale sono limitati nella loro capacità di riprodurre la complessa organizzazione cellulare e l'eterogeneità dei tumori al seno. Al contrario, i BCO sono strutture tridimensionali derivate dai tessuti tumorali del paziente che mantengono le caratteristiche chiave del tumore originale, inclusa la composizione cellulare, l'architettura tissutale e i fenotipi molecolari. In particolare, i modelli BCO dimostrano un'alta concordanza con le risposte cliniche ai farmaci; per un dato agente terapeutico, la concordanza della risposta negativa raggiunge il 100%, e la concordanza della risposta positiva raggiunge il 98% tra BCO e il pazientecorrispondente 4.
I BCO rappresentano un modello in vitro avanzato che riproduce caratteristiche strutturali e funzionali chiave dei tumori primari e sono stati ampiamente applicati per studiare la tumorigenesi, la progressione della malattia e la resistenzaterapeutica 5. L'inizio del tumore nel cancro al seno si basa tipicamente sull'inattivazione cooperativa di molteplici geni soppressori tumorali, come TP53, PTEN, RB1 e NF1, poiché le alterazioni di un singolo gene non sono sufficienti a guidare la trasformazione maligna dell'epitelio mammario normale. Questo processo è accompagnato da perdita di polarità cellulare, disorganizzazione architettonica e proliferazione incontrollata 6,7,8.
Il saggio della cometa (noto anche come elettroforesi su gel a cellula singola, SCGE) è un metodo classico per valutare i danni al DNA a livello di singola cellula. La tecnica fu introdotta per la prima volta da Rydberg e Johanson nel 1978, e successivamente perfezionata da Ostling e Johanson, che stabilirono il test a cometa neutra per rilevare le rotture a doppio filamento del DNA. Nel 1988, Singh e colleghi incorporarono condizioni di elettroforesi alcalina, permettendo il rilevamento di rotture a singolo filamento del DNA, siti abasici e lesioni alcalin-labili, ampliando notevolmente l'applicabilità delsaggio 9. Il principio fondamentale del test cometa è che la mobilità elettroforetica del DNA dipende dall'integrità del DNA. Dopo l'inserimento dell'agarosio e la lisi per rimuovere membrane e proteine cellulari, frammenti di DNA danneggiati migrano verso l'anodo durante l'elettroforesi formando una "coda di cometa", mentre il DNA intatto rimane vicino al sito di carico, formando la "testa della cometa"10. Parametri come la lunghezza della coda, la percentuale di DNA della coda (% DNA della coda) e il momento della coda oliva permettono una valutazione semi-quantitativa o quantitativa del danno al DNA, e i disegni sperimentali lungo il tempo possono essere utilizzati per valutare la capacità di riparazione del DNA. A causa della sua elevata sensibilità, dei bassi requisiti di input del campione e della relativa semplicità procedurale, il test cometa è stato ampiamente utilizzato in tossicologia genetica, biologia oncologica e studi di risposta farmacologica, in particolare per valutare i danni al DNA indotti da agenti chemioterapici e radioterapia, nonché i meccanismi di resistenza delle cellule tumorali. Il saggio è altamente sensibile alle condizioni sperimentali e alla variabilità procedurale, e la riproducibilità e la comparabilità inter-laboratorio dipendono da flussi di lavoro standardizzati e dall'analisi automatica delle immagini11. Negli ultimi anni, l'integrazione di software di imaging ad alto rendimento, modelli organoidi e sistemi di editing genetico ha ulteriormente aumentato l'utilità del saggio cometa nell'indagare i danni e i meccanismi di riparazione del DNA e nella valutazione delle risposte al trattamento tumorale.
Rispetto ai tradizionali saggi di danno al DNA come la colorazione immunofluorescenza γ-H2AX o la citometria a flusso, il saggio cometa fornisce un mezzo diretto per quantificare le rotture fisiche del filamento del DNA a livello di singola cellula. Poiché questa metodologia opera indipendentemente dall'espressione proteica specifica o dalla specificità degli anticorpi, elimina efficacemente i risultati falsi negativi derivanti da variazioni negli stati del ciclo cellulare o da aberrazioni nelle vie di risposta al dannodel DNA 12. Inoltre, a differenza delle colture monostrato bidimensionali convenzionali, il modello organoide tridimensionale utilizzato in questo studio riproduce più fedelmente la complessa architettura spaziale, le interazioni con la matrice extracellulare e i gradienti di permeazione dei farmaci dei tumori in vivo. Mentre i modelli tradizionali di linee cellulari spesso sovrastimano la genotossicità dovuta all'esposizione artificiale a farmaci, la piattaforma organoide valuta il danno al DNA indotto da DOX in un microambiente che rispecchia da vicino le condizioni fisiologiche cliniche, migliorando così sostanzialmente l'affidabilità e il valore traslazionale di questo paradigma di screening13.
Nonostante i notevoli vantaggi del test integrato con cometa organoide stabilito in questo studio per la valutazione dei danni al DNA, la sua implementazione pratica richiede un'attenta considerazione di diverse limitazioni tecniche e parametri di applicabilità relativi all'input del campione. Il protocollo richiede una dissociazione enzimatica accurata ma delicata degli organoidi per ottenere una sospensione unicellulare altamente vitale. Una densità di semina di 15.000–20.000 cellule primarie di cancro al seno per 100 μL della matrice della membrana basale (~200 cellule/1 μL) sostiene la segnalazione paracrina intercellulare necessaria per la formazione robusta della sfera, prevenendo al contempo la necrosi centrale indotta dall'iperdensità e dalla rapida deplezione dei nutrienti. Per quanto riguarda la finestra terapeutica, questo test richiede un'attenta calibrazione della concentrazione DOX e della durata dell'esposizione per prevenire una morte cellulare eccessiva (>20–30%). L'esposizione supraletale a droghe genera un'abbondanza di comete "riccio", che oscurano i veri segnali di danno al DNA e confondono l'interpretazione dei dati. Per quanto riguarda le limitazioni del saggio, la bassa capacità intrinseca del test standard della cometa alcalina lo rende inadeguato per lo screening di farmaci ad alta produttività. Inoltre, questa tecnica richiede una rigorosa standardizzazione delle procedure sperimentali—inclusa la stabilità dell'adesione del gel, la durata dello swinding alcalino e l'uniformità elettroforetica—poiché anche piccole deviazioni operative possono introdurre errori sistemici sostanziali.
In conclusione, questo protocollo stabilisce i BCO umani e dimostra la fattibilità di applicare il test della cometa per quantificare i danni al DNA indotti dalla DOX. Dopo un trattamento DOX a 8 μM di BCO completamente affermati, il danno al DNA è stato valutato utilizzando il test cometa. Questo approccio consente una valutazione stabile e diretta del danno al DNA indotto dalla DOX.