Exploitation of 2D and 3D in vitro models to highlight metabolic markers of bladder cancer progression

Il tumore alla vescica è uno dei più diffusi a livello mondiale. Spesso non presenta sintomi e l’alta frequenza di tumori non muscolo invasivi ad alto grado è associata ad un elevato rischio di recidiva, con la necessità di controlli periodici, con impatti a livello economico. Le recidive portano alla progressione a tumori muscolo invasivi correlati ad una prognosi sfavorevole. I metodi di diagnosi più utilizzati sono la cistoscopia e la TURBT, quest’ultima utilizzata anche a scopo terapeutico. Tuttavia, spesso si verifica un’incompleta rimozione del tumore, dovuta ad una difficoltà nello stabilire l’entità della penetrazione, con aumento della probabilità di diagnosi errate e insorgenza di recidive. Diventa quindi cruciale identificare marcatori che permettano di assegnare, al momento della resezione, la corretta classificazione, migliorando la prognosi. La riprogrammazione del metabolismo è considerato un tratto distintivo della crescita tumorale, e lo studio dei processi metabolici alterati nella patologia può rappresentare un bersaglio clinico utilizzabile per nuove strategie terapeutiche. Questa tesi, nata dal progetto Horizon2020 AMPLITUDE (Advanced Multimodal Photonics Laser Imaging Tool for Urothelial Diagnosis in Endoscopy), riassume il percorso svoltosi nel corso di tre anni, volto a studiare le caratteristiche funzionali e metaboliche di un pannello di sei linee cellulari di tumore alla vescica, con lo scopo di trovare un marcatore indicativo della progressione tumorale. Una prima caratterizzazione delle linee cellulari cresciute in colture 2D ha rivelato un’eterogeneità intrinseca tra queste cellule. Le cellule muscolo invasive hanno mostrato un ampio spettro di proprietà morfo-funzionali che garantisce loro di manifestare un fenotipo più aggressivo rispetto alle linee non muscolo invasive. Allo stesso modo, anche il fenotipo metabolico si è rivelato altamente eterogeneo, senza correlazioni con la progressione tumorale. Tuttavia, è stato p
Bladder cancer (BC) is one of the most common malignancies worldwide. Symptoms are often absent and the frequent non muscle invasive (NMIBC) high grade tumors are associated to a high risk of relapses, resulting in high costs for patient follow-up. Frequent relapses often progress to muscle invasive tumors (MIBC), that result in a poor prognosis. Cystoscopy and transurethral resection of bladder tumor (TURBT) are the most used diagnostic methods. However, the frequent incomplete resections, related to the difficulty to establish the level of penetration of the tumor, cause most of the wrong diagnoses and relapse onsets. Therefore, identifying new markers is crucial to attribute the correct classification at the time of resection, improving patient’s prognosis. Energy metabolism reprogramming is an established cancer hallmark, and altered metabolic pathways can represent attractive clinical targets exploitable in new therapeutic strategies. This thesis, part of the Horizon2020 project AMPLITUDE (Advanced Multimodal Photonics Laser Imaging Tool for Urothelial Diagnosis in Endoscopy), represents the path followed these three years to study the functional and metabolic features of a panel of six bladder cancer cell lines, to find a marker for cancer progression. A first characterization of the cell lines grown in 2D models showed the intrinsic heterogeneity between these cells. MIBC cell lines showed a range of morpho-functional properties that allow them the manifestation of a more aggressive phenotype, compared to the two NMIBC cell lines. The metabolic phenotype as well showed high heterogeneity not relatable with the cancer progression, although some features correlated with the genetic background of the cell lines. From 2D models, we decided to grow cells forming spheroids, known to be more representative for the in vivo pathology, better simulating the architectural complexity of a tumor mass. The characterization of the 2D to 3D transition confirmed that the hete