Il fisico Andrea Califano studia combinazioni contro i tumori

Il fisico italiano Andrea Califano ha sviluppato con il suo gruppo un modello per individuare gli stati cellulari dei tumori e progettare combinazioni di farmaci capaci di colpirli tutti. Il lavoro, presentato su Nature Genetics, utilizza anche l’intelligenza artificiale per ricostruire i meccanismi che regolano il comportamento delle cellule malate.

Dai geni alle reti cellulari

Califano insegna biologia chimica e dei sistemi alla Columbia University, dove ha fondato e diretto per dieci anni il dipartimento dedicato alla biologia dei sistemi. Presiede inoltre il Chan Zuckerberg Biohub di New York, alleanza tra Columbia, Yale e Rockefeller sostenuta inizialmente con 250 milioni di dollari da Priscilla Chan e Mark Zuckerberg.

Nato a Napoli e cresciuto a Firenze, lo scienziato ha studiato fisica, si è formato al Massachusetts Institute of Technology e ha lavorato all’IBM sull’intelligenza artificiale e sulla visione robotica. Da bambino aveva trasformato il garage di casa in un laboratorio di chimica. Il passaggio alla biologia è arrivato quando ha compreso che gli algoritmi potevano aiutare a interpretare la grande quantità di dati generata dal Progetto Genoma Umano.

Le cabine di regia del tumore

Secondo Califano, una semplice lista di geni non basta a spiegare il funzionamento di una cellula. Servono reti capaci di mostrare quali geni controllano gli altri e quali proteine determinano un comportamento preciso. Gli algoritmi ricostruiscono queste connessioni e individuano i regolatori principali, proteine che agiscono come una cabina di regia.

Il gruppo ha applicato questo metodo ai tumori per la prima volta nel 2010, studiando il glioblastoma. L’idea è che le mutazioni possano variare molto tra pazienti diversi, mentre i regolatori che mantengono uno specifico stato cellulare risultano più simili nei tumori dello stesso tipo.

Perché un solo farmaco può fallire

All’interno di una massa tumorale convivono cellule con alterazioni differenti. Un trattamento diretto contro una singola mutazione può quindi eliminare una parte del tumore, lasciando in vita altre popolazioni. Le cellule sopravvissute possono modificare il proprio programma o utilizzare percorsi alternativi, consentendo alla malattia di riprendere a crescere.

Nei tumori analizzati sono stati individuati da due a sette stati cellulari stabili, ciascuno sostenuto da un gruppo specifico di regolatori principali. Per Califano, la terapia dovrebbe agire su tutte queste popolazioni: se anche una sola resta attiva, può contribuire alla ricostituzione del tumore.

Gli stati cellulari nel pancreas

La definizione Quantum Cancer Biology indica che le cellule tumorali non sembrano distribuirsi lungo una gamma infinita di condizioni. Tendono invece a stabilizzarsi in un numero limitato di stati distinti, passando eventualmente attraverso fasi intermedie prima di raggiungerne un altro.

Nel tumore del pancreas la ricerca ha identificato sei stati stabili, presenti nei pazienti analizzati. A cambiare è soprattutto la proporzione delle diverse popolazioni: in una persona può prevalere uno stato, mentre in un’altra può risultare più numeroso un gruppo differente. L’obiettivo è usare queste informazioni per individuare i farmaci o le combinazioni in grado di interrompere ciascuna delle rispettive cabine di regia.