Mapping Cancer Markers (Attivo)
Panoramica
Il cancro, una delle principali cause di morte in tutto il mondo, si manifesta in molti differenti tipi e forme, in cui la crescita incontrollata delle cellule può diffondersi ad altre parti del corpo. Non diagnosticato e non trattato, il cancro può diffondersi da un sito inziale ad altre parti del corpo, e infine condurre alla morte. Questa patologia è causata da questioni genetiche o da cambiamenti ambientali che interferiscono con il meccanismo biologico che regola la crescita cellulare. Questi cambiamenti, così come la normale attività delle cellule, possono essere rilevati in campioni di tessuto controllando la presenza dei loro indicatori chimici univoci, come DNA e proteine, noti come «marcatori». Combinazioni specifiche di questi marcatori possono essere associati con un determinato tipo di cancro. Lo schema dei marcatori può determinare se un individuo è suscettibile allo sviluppo di una particolare forma di cancro, e può anche prevedere la progressione della malattia, aiutando a suggerire il miglior trattamento per ciascun individuo. Ad esempio, due pazienti con la stessa forma di cancro possono avere diversi sviluppi a causa di profili genetici differenti. Così come diversi marcatori sono già noti di essere associati con alcuni tipi di cancro, ve ne sono molti altri da scoprire, dal momento che il cancro è altamente eterogeneo. Mapping Cancer Markers su World Community Grid punta ad indentificare i marcatori associati con i diversi tipi di cancro. Il progetto sta analizzando milioni di dati derivati da migliaia di campioni di tessuto di pazienti malati e sani. Tra questi campioni vi sono tessuti con cancro ai polmoni, alle ovaie, alla prostata, al pancreas e al seno. Comparando questi diversi dati, i ricercatori puntano ad identificare schemi di marcatori per diversi tipi di cancro, e correlare questi con diversi sviluppi, includendo la risposta a varie opzioni di trattamento. Questa conoscenza può aiutare ricercatori e medici a: - Migliorare e personalizzare il trattamento del cancro: rendendo possibile diagnosticare prima il cancro, identificare pazienti ad altro rischio, e personalizzando il trattamento basandosi sul profilo genetico personale del paziente, - Accelerare la ricerca sul cancro e migliorare il processo complessivo di identificazione dei marcatori: rifinendo il processo di identificazione dei marcatori, i ricercatori possono determinare un marcatore di un paziente più facilmente, e future grandi quantità di dati potranno essere analizzate più efficentemente.
Dettagli
Cos'è il cancro?
Il cancro si manifesta in diversi tipi e forme in cui la crescita incontrollata delle cellule può diffondersi ad altre parti del corpo. Nonostante gli importanti passi avanti dei decenni passati, il cancro continua ad essere una delle cause principali di morte in tutto il mondo. La malattia è causata da cambiamenti genetici o da fenomeni ambientali che interferiscono con il meccanismo che controlla la crescita delle cellule. Questi cambiamenti, così come la normale attività cellulare, possono essere identificati in tessuti o campione di sangue attraverso la presenza dei loro unici indicatori molecolari, chiamati «macatori» o «biomarcatori». Specifiche combinazioni di questi marcatori possono essere associati con un particolare tipo di cancro, indicando la suscettibilità di una persona a sviluppare una determinata forma di cancro e probabilmente anche la risposta ad uno specifio trattamento.
Ruolo dei geni e delle proteine
Molti geni conservano i progetti su come costruire una proteina. Le proteine sono i principali mattoni e meccanismi della cellula. Nei processi nella vita normale, la funzione dei geni, delle proteine e delle altre molecole sono attivate e disattivate da altri geni, proteine, regolatori di molecole (come gli RNA), o fattori ambientali, come temperatura, radiazioni, cibi o sostanze chimiche. Per ogni funzione assegnata, ci sono spesso molti fattori che possono accelerare o inibire la funzione. Le funzioni possono spaziare dal decidere se una specifica proteina dovrebbe essere costituita o distrutta all'interno della cellula, fino a funzioni complesse, come innescare la divisione di una cellula e la sua crescita in due cellule distinte. Vi sono interazioni davvero complicate tra tutti i componenti di una cellula. I fattori che controllano una funzione possono spaziare dalla presenza o assenza di altre proteine, sostanze o altri segnali cellulari. Nelle cellule normali questi fattori mantengono un bilancio che consente il desiderato funzionamento delle singole cellule e dell'intero organismo. Tuttavia, un difetto o cambiamento in uno dei componenti di una cellula può causare un risultato inaspettato, che nel cancro comporta una crescita incontrollata della cellula. Se un evento casuale cambia un gene, la proteina corrispondente potrebbe essere assemblata incorrettamente, e non essere capace di svolgere la sua funzione necessaria. Ad esempio, se supponiamo tale funzione il controllo della crescita della cellula, questa potrebbe moltiplicarsi senza alcun freno, e formare un tumore. Alcune cellule cancerose possono diffondersi agli organi adiacenti, o viaggiare nel flusso sanguigno e cominciare a crescere in altre parti del corpo, causando ulteriori danni.
Identificare i marcatori del cancro
Ci sono molti diversi approcci per trattare il cancro, ma pochi sono larghamente applicabili. Parte del problema è la diversita dei tipi di cancro. In aggiunta, la risposta individuale di una persona ad un trattamento potrebbe differire da quella di un altro individuo. Come ulteriore complicazione, le cellule cancerose possono sviluppare difese uniche contro specifici trattamenti. Individuare prima il cancro consente generalmente un trattamento decisamente migliore. Sfortunatamente molti tumori sono individuati tardi a causa della mancanza di un'accurata diagnosi dei primi, sottili sintomi, con cattivi esiti nel paziente. Per indirizzare la diagnosi, i ricercatori si focalizzano nell'individuare le differenze nell'attività di geni, proteine e altre molecole tra campioni di tessuto sano e canceroso, e tra forme di cancro più o meno aggressive. Questi cambiamenti possono fornire i segnali che aiutano in una diagnosi più rapida e caratterizante meglio il tipo di tumore. Per esempio, un incremento nell'attività (o nell'espressione) di un particolare gruppo di geni può segnalare uno sviluppo primitivo del cancro, così come la presenza di una specifica proteina nel sangue può indicare la risposta o resistenza del paziente al trattamento. Differenti marcatori possono essere utili in una vasta area di applicazioni cliniche, come diagnosi, prognosi e trattamento di particolari forme di cancro. Lo schema dei marcatori può determinare se un individuo è suscettibile allo sviluppo di una specifica forma di cancro, e può anche prevedere la progressione della malattia, aiutanto a suggerire il miglior trattamento per ogni singolo individuo. Per esempio due pazienti con la stessa forma di cancro possono avere differenti sviluppi e reagire diversamente allo stesso trattamento, a causa di profili genetici differenti. Così come diversi marcatori sono già noti di essere associati con alcuni tipi di cancro, ci sono molti altri che devono essere scoperti, e il cancro è altamente eterogeneo. I ricercatori sanno che esisono centinaia di marcatori clinicamente utili, ma questi devono essere identificati tra l'astronomico numero delle possibili combinazioni dei segnali molecolari.
La soluzione proposta
In questo progetto, i ricercatori del Princess Margaret Cancer Center (Toronto), stanno utilizzando World Community Grid per analizzare un grande quantitativo di dati proveniente da tessuti e campioni di sangue di pazienti sani e malati di cancro, per identificare combinazioni di marcatori che giocano un ruolo nello sviluppo, progresso e trattamento di varie forme di cancro. Inizialmente la ricerca si focalizzerà sul cancro ai polmoni e alle ovaie, seguito dal cancro alla prostata, al pancreas e al seno. Il progetto è preparato a studiare altre forme di cancro in futuro. Identificare tutti i marcatori utili clinicamente richiederebbe centinaia di campioni e il dover testare un numero esageratamente grande di combinazioni di marcatori, rendendo la cosa intrattabile anche su World Community Grid. I ricercatori hanno pertanto sviluppato un applicativo che usa il metodo euristico (procedimenti intelligenti che riducono l'enorme spazio di ricerca focalizzandosi solo sui più rilevanti sottoinsiemi di combinazioni) per ridurre di molto lo sforzo computazionale richiesto per cercare significanti schemi di marcatori. Tuttavia anche questi metodi richiedono un quantitativo enorme di potenza computazionale. Attraverso World Community Grid, i ricercatori useranno il progetto Mapping Cancer Markers per spezzare questo immenso processo in piccoli e maneggevoli lavori che possono essere svolti dai dispositivi informatici dei nostri volontari. World Community Grid in questo modo permette ai ricercatori di completare questa ambiziosa ricerca.
Obiettivi del progetto
Mapping Cancer Markers punta a migliorare e personalizzare il trattamento del cancro. Questo progetto ha tre obiettivi: identificare i marcatori che possono essere utilizzati per diagnosticare prima il cancro, riconoscere i pazienti ad alto rischio di cancro e trovare i marcatori che possono prevedere la risposta al trattamento. Mapping Cancer Markers consentirà anche ai ricercatori di sviluppari metodi compiutazionali sempre più efficenti e funzionali per scoprire rilevanti schemi di marcatori. Questo può aiutare a far uso dei marcatori nella medicina personalizzata più facilmente e più a larga scala sia per altri tumori che per altre complesse patologie.
Domande frequenti
Quali sono i potenziali benefici del progetto Mapping Cancer Markers?
Il progetto ha tre obiettivi:
- Identificare gruppi di marcatori che possono essere utili a predire se una persona ha una alto rischio di sviluppare un particolare tipo di cancro e incrementare le possibilità di una diagnosi precoce.
- Identificare combinazioni di marcatori che possono predirre la risposta del paziente ad uno specifico trattamento. Questo può aiutare a rendere il trattamento più personalizzato e guidare lo sviluppo di trattamenti personalizzati per quel paziente.
- Svilupare metodi computazionali più efficenti per scoprire schemi di marcatori rilevanti.
Il progetto MCM è simile al progetto «Help Conquer Cancer»?
Sebbene entrambi i progetti sono relativi alla ricerca sul cancro, il progetto «Help Conquer Cancer» (attivo su World Community Grid dal 2007 al 2013) è focalizzato sulla scienza di base, ricercando i principi della cristallizazione delle proteine e aiutando a determinara la struttura 3D di oltre 15000 proteine. Conoscere la struttura delle proteine aiuta gli scienziati a capire le loro funzioni, e sviluppare medicine che possono offrire nuovi tipi di trattamento per diverse patologie complesse, come il cancro.
Che tipi di cancro si stanno studiando nel progetto?
Inzialmente ci focalizzeremo sul cancro ai polmoni e alle ovaie, seguito da prostata, pancreas e seno. Comunque il progetto è stato sviluppato per seguire anche altri tipi di cancro meno studiati, se esistono sufficenti dati dei pazienti.
Cosa verrà fatto con i dati generati da tutte queste elaborazioni?
Dopo che i ricercatori avranno ricevuto tutti i risultati elaborati, analizzeranno i dati e pubblicheranno le loro scoperte. I dati grezzi e gli algoritmi saranno a quel punto resi pubblici.
Alcune unità di lavoro impiegano più tempo di altre, perchè?
Ciascuna unità di lavoro compie una ricerca su combinazioni multiple di potenziali biomarcatori per il cancro, rappresentando una piccola parte di una ricerca su larga scala. È difficile dividere questa estensiva ricerca in parti perfettamente uniformi. Inoltre, l'algoritmo in linguaggio macchina utilizzato per controllare ciascuna combinazione di marcatori può richiedere un tempo computazionale variabile prima di arrivare ad una risposta. Questi due fattori rendono i tempi di esecuzione delle unità di lavoro variabili.
Quale sarà il risultato del progetto?
I ricercatori pubblicheranno un database delle comparazioni delle sequenze di proteine elaborati su World Community Grid.
Cos'è un marcatore del cancro e perchè la loro identificazione è una sfida difficile per la scienza?
I marcatori sono specifici geni (segmenti di DNA), RNA o proteine con diverse attività. Queste molecole possono essere trovate nel sangue o in campioni di tessuto, e specifiche combinazioni di questi marcatori possono essere implicati in un dato cancro. Anche durante condizioni di salute questi geni, RNA e proteine sono attivati e disattivati per svolgere specifiche funzioni. Il cancro è causato da alterazioni di queste attività. Il progetto MCM è focalizzato nello scoprire combinazioni anomale di marcatori, che possono essere correlati con un principio o una progressione del cancro. Questo viene fatto comparando e analizzando dati da molti pazienti malati di cancro, e da pazienti in salute. Una raccolta dati estensiva e analisi statistiche sono necessarie per scoprire la sottile combinazioni di attività correlate con un cancro, e differenziare questi segnali da normali variazioni. Questo è fatto testando sistematicamente quando una di queste combinazioni di marcatori è significamente correlata con la presenza del cancro. Dal momento che vi sono centinaia di possibili marcatori, il numero di queste combinazioni è molto grande. Controllare ciascuna delle combinazioni sarebbe impossibile, perfino con tutte le risorse di World Community Grid. Diversi metodi matematici saranno pertanto utilizzati per concentrarsi sulle combinazioni più probabili da esaminare su World Community Grid.
Vi è qualche marcatore attualmente utilizzato?
Ci sono diversi marcatori attualmente utilizzati clinicamente. Due particolari marcatori per il cancro al seno e all'ovaia, BRCA1 e BRCA2 hanno ricevuto recentemente un'attenzione globale dopo che l'attrice Angelina Jolie li ha utilizzati per valutare il suo rischio di sviluppare la patologia. In questo caso particolare, solamente il marcatore BRCA1, in combinazione con la storia famigliare, è stato sufficente per definire la sua situazione e aiutarla nello scegliere il tipo di trattamento.
Qual'è la differenza tra DNA, RNA, un gene e una proteina?
Il DNA (acido deossiribonucleico) e una lunga molecola a forma di elica che forma il cromosoma. Questo funge da principale modello incaricato di codificare le istruzioni genetiche usate per sviluppare tutte le cellule di un determinato organismo. Specifiche sezioni di DNA sono chiamate geni. Un gene contiene generalmente informazioni su come costruire una particolare molecola proteica. Le molecole di RNA (acido ribonucleico) sono simili alle molecole di DNA, ma sono costruite a partire da informazioni contenute nel DNA, e sono usate per regolare e dirigere i meccanismi (altre molecole) che creano proteine. La quantità di funzioni svolte da queste molecole sono davvero molte e complesse, ed è un argomento fondamentale nella biologia molecolare. Generalmente, i geni sul DNA (modello principale) sono «trascritti» sull'RNA, un processo spiegato in questo (URL) video (/URL). Altri meccanismi in seguito leggono le istruzioni contenute nell'RNA e producono proteine come l'emoglobina, utilizzata per trasportare ossigeno e anidride carbonica nel sangue.
Cosa sono gli enzimi?
Gli enzimi sono proteine che convertono sostanze chimiche, o funzionano da catalizzatori. Alcuni enzimi delle piante, per esempio, possono assistere nell'assorbimento delle molecole di anidride carbonica e incorporale in altre molecole cellulari.
Perchè i microorganismi sono importanti?
I microorganismi rappresentano il grande mondo sconosciuto e sottoapprezzato della maggior parte della vita sul nostro pianeta. Essi sono ovunque nell'ambiente, e in organismi più grandi e complessi. I microorganismi sono importanti per una grande varietà di processi naturali, che includono la salute umana, l'agricoltura e la produzione del cibo. Per praticamente ogni specie di molecola organica vi è un microorganismo che ha sviluppato la capacità di decomporla, modificarla o costruirla.
Cosa mostra la grafica del progetto Mapping Cancer Markers?
Mentre il tuo computer porta avanti il lavoro per il progetto, puoi vedere la grafica del progetto sia attraverso lo screensaver di Boinc, sia attraverso il software. La grafica mostra una rappresentazione delle 23 coppie dei cromosomi umani nel pannello di destra. Ogni cromosoma è una molecola di DNA contenente geni e altre informazioni. La 23° coppia di cromosomi determina il sesso, e comprende due cromosomi «X» per le femmine o una «X» e una «Y» per i maschi. I geni sono collocati a specifici punti lungo l'estensione di questi cromosomi. Come il tuo dispositivo analizza una particolare combinazione di geni, la collocazione approssimativa di questo gruppo di geni all'interno di questi cromosomi è evidenziata in rosso.
Cosa rappresenta la barra progressiva in alto?
Questa mostra graficamente la percentuale approssimativa di quanto il tuo dispositivo ha calcolato del lavoro corrente. Quando essa raggiunge il 100%, l'elaborazione è completata, e il risultato sarà poi caricato sui server di World Community Grid dove poi sarà pacchettizato e inviato al gruppo di ricerca.
Dove posso vedere un video ad alta qualità della grafica di MCM?
(URL)video(/URL)
Dove posso scaricare immagini della grafica di MCM?
Delle instantanee della grafica del progetto sono disponibili per lo scaricamento nelle seguenti risoluzioni: (URL)500x300(/URL) (URL)1000x600(/URL) (URL)4000x2400(/URL)