Oral Cancer: from the research of biomarkers for diagnosis and prognosis to the treatment with nutraceuticals

Oral Squamous Cell Carcinoma (OSCC) accounts for more than 500.000 new cancer cases every year globally, and in high-risk countries is one of the most common cancer in men. When diagnosed at a late stage, treatment of OSCC is highly debilitating and the disease if often fatal. Patients diagnosed in early stage OSCC has a favorable prognosis and requires less aggressive treatment. The overall 5-year survival rate for OSCC is below 50% and has only improved modestly over the past two decades despite improvements in treatment modalities. The diagnostic delay seems to be one of the main obstacles to overcome in order to diagnose tumors in early stage. The research of clinical biomarker aims to identify molecules capable of predicting the risk of the disease' presence and help clinicians in the early diagnosis. Furthermore, another field of research is related to the research of prognostic biomarker, in order to address patients towards personalized treatment modalities on the basis of the molecular aggressiveness of the neoplasia. Moreover, there is the need to find new therapeutic drugs aiming to improve the survival rate of OSCC patients. In this field, nutraceuticals, any substance considered to be a food or a food ingredient that provides medical and health benefits, showed promising effects for the treatment of some types of cancer. However, further studies are useful before to include them in the current therapeutic protocols. The aim of this thesis was twofold, first the research of possible clinical biomarkers of OSCC diagnosis and prognosis; and secondly addressed to assess the effects of treatment with Curcumin and Genistein on OSCC cell lines. Results of several studies included in this thesis, performed for the research of clinical biomarker, showed the identification of promising proteins for the diagnosis of OSCC. Among these, neurotrophin-3 (NT-3) revealed the better diagnostic prediction values when quantified in plasma of patients with OSCC. Related to the prognostic prediction we performed meta-analysis of the literature for the long non-coding RNA (lncRNA) HOTAIR and demonstrated as this marker seems to be able to predict words prognosis when expressed at higher levels in the tumor bulk. Finally, we assessed the treatment effects with curcumin and genistein on OSCC cancer cell lines. Results showed a reduction in: viability, migration, proliferation of cancer cells and increasement in the rate of apoptosis after treatment with different dosages of this nutraceuticals. In conclusions, we identified promising biomarker for the prediction of diagnosis and prognosis of OSCC patients. In addition, results of our studies showed that treatment with curcumin and genistein lead to inhibition of: viability, migration, proliferation, and increase in the rate of apoptosis of OSCC cell lines.

Più di 500.000 nuovi casi di carcinoma squamoso della cavità orale insorgono ogni anno nel mondo e in alcuni paesi in via di sviluppo rappresenta una delle neoplasie più comuni nei maschi. Quando diagnostica in stadio avanzato il trattamento chirurgico di tale neoplasia è altamente debilitante è la malattia è spesso fatale. Invece, le neoplasie diagnosticate in stadio preoce presentano una prognosi favorevole e richiedono un trattamento meno aggressivo. Il tasso di sopravvivenza a 5 anni è inferiore al 50% ed è migliorato solo marginalmente negli ultimi venti anni, nonostante l'approvazione di nuove modalità di trattamento. Il ritardo diagnostico rappresenta uno dei maggiori fattori che ostacola la diagnosi di tale tumore in fasi precoci. La ricerca di biomarcatori clinici mira ad identificare molecole capaci di predire la presenza della malattia e potrebbe aiutare i clinici nella diagnosi precoce. Inoltre, un altro filone di ricerca è legato all'analisi di biomarcatori prognostici, al fine di indirizzare il paziente verso trattamenti personalizzati sulla base del profilo molecolare della neoplasia. Tuttavia, la maggiore sfida da affrontare è quella di trovare nuovi farmaci efficaci in grado di migliorare il tasso di sopravvivenza dei pazienti. I nutraceutici, riferito ad ogni sostanza considerata essere cibo o "ingrediente" in grado di determinare benefici salutari, hanno mostrato effetti benefici promettenti for il trattamento di alcuni tipi di tumori. Tuttavia, ulteriori studi sono necessari prima di includere tali molecole negli attuali protocolli di trattamento. Lo scopo di tale tesi è stato duplice, il primo obiettivo consisteva nella ricerca di biomarcatori diagnostici e prognostici in pazienti con carcinoma squamoso della cavità orale, mentre, il secondo obiettivo si proponeva di valutare gli effetti del trattamento con Curcumina e Genisteina su linee cellulari di carcinoma orale. I risultati degli studi inclusi in questa tesi mostrano l'identificazione di promettenti biomarcatori proteici per la diagnosi di carcinoma orale. Tra questi, la neurotrofina-3 (NT-3) aveva i migliori valori di predizione diagnostica quando quantificata nel plasma di tali pazienti. In merito alla predizione prognostica, è stata effettuata una meta-analisi della letteratura riguardo il non-coding HOTAIR e i risultati hanno evidenziato come tale marcatore è in grado di predire una prognosi peggiore quando maggiormente espresso nella massa tumorale. Infine, sono anche stati valutati gli effetti del trattamento con curcumina e genisteina su linee cellulari di carcinoma orale. I risultati di tali analisi hanno rivelato sia una riduzione dei parametri di: vitalità, migrazione e proliferazione delle cellule tumorali, che un aumento del tasso di apoptosi delle stesse. In conclusione, le analisi effettuate hanno identificato promettenti biomarcatori diagnostici e prognostici in pazienti con carcinoma orale. Inoltre, i risultati dei nostri studi hanno mostrato che sia la curcumina che la genisteina determinano un'inibizione della vitalità, della migrazione e della proliferazione delle cellule tumorali, accoppiato ad un aumento del tasso di apoptosi