Исследователи из МФТИ, Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета и Ариэльского универитета Израиля предложили использовать для принятия решения клинические данные о концентрации определенных белков (биомаркеров). Разработанные командой математические модели позволяют при помощи этой информации сделать выбор между консервативным (без операции) и радикальным (хирургическим) вмешательством. Более того, авторы считают, что предложенный подход позволит выбрать оптимальный курс лечения для каждого пациента.
«В этой работе мы коррелируем* последние клинические, молекулярные и клеточные данные, связанные с мышечно-инвазивным раком мочевого пузыря. Эти данные используются для разработки математической модели заболевания. Конечными целями нашей работы являются, во-первых, идентификация биологических маркеров и конкретных клинических параметров, при помощи которых можно точно определить стадию этой агрессивной формы рака; во-вторых — разработка индивидуальных стратегий её лечения для конкретных пациентов» — Александр Киселёв, профессор МФТИ и ведущий автор новой статьи.
Рак мочевого пузыря возникает по различным причинам — по сути, речь идет о гетерогенных (неоднородных) раковых опухолях, с разными биохимическими и клеточными особенностями, разными генетическими и эпигенетическими профилями, причем, возможно, у одного и того же больного. В зависимости от того, какие именно мутации произошли в ДНК раковой клетки, выросшая из нее опухоль может по-разному реагировать на терапию. Определение точного типа опухоли (профиля) позволяет существенно повысить шансы на успешное лечение и заодно свести к минимуму побочные эффекты.
Определить генетический профиль — значит, установить последовательность нуклеотидных пар в ДНК. Именно она определяет, какие молекулы РНК и белка будут синтезированы. Эпигенетическим профилем называют перечень активных и «молчащих» генов: если участок ДНК или хромосомного белка модифицировать, то часть генов перестанет использоваться.
Молекулярные основы рака
Обычные клетки перерождаются в раковые из-за серии сбоев на генетическом и молекулярном уровне. Ключевую роль в этом играет процесс так называемого эпителиально-мезенхимального перехода — клетки эпителия, образующие слой на поверхности ткани, утрачивают свою нормальную структуру и перестают реагировать на химические сигналы, которые должны ограничивать их деление и/или вызывать самоуничтожение (апоптоз). Такой переход вызывается целым рядом факторов — в частности, синтезом повышенного количества определенных белков.
Процесс превращения клетки эпителия в мезенхимальную и обратно. Показано как изменяется форма клетки, и ряд других изменений — например, меняется и внутренняя структура клеток, и контакты между ними. Кроме того, в правой части обозначена такая особенность мезенхимальной клетки, как способность проникать в экстрацеллюлярный матрикс (или, проще говоря, межклеточную среду). Именно повышенная подвижность таких клеток играет на руку распространению рака.
Процесс эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП) напоминает проигранный задом наперед процесс появления обычных клеток: те получаются изначально из стволовых клеток, которые отличаются более широкой специализацией и могут делиться значительно большее число раз. Но если «правильная» стволовая клетка не образует опухоли и необходима для регенерации ткани, то результатом процесса ЭМП может стать появление рака — мезенхимальные клетки перестают реагировать на сигналы окружающих тканей и начинают неудержимый рост. Характерные для данной стадии белки — например, эпителиальный фактор роста или белки семейства Snail- могут помочь обнаружить заболевание в самом начале.
Если следовать отечественной традиции, то называть «раком» можно только опухоли, появившиеся из эпителиальных клеток (впрочем, эта теория прошла несколько стадий эволюции в последние годы, особенно в связи с обнаружением так называемых раковых стволовых клеток или нециркулирующих раковых клеток). Саркома же, например, раком не является, поскольку появляется из клеток соединительной ткани. В англоязычной литературе слово cancer(часто переводимое как «рак») обозначает все злокачественные новообразования, и там говорят о том, что ЭМП отвечает лишь за большинство случаев рака.
От знаний белков к диагностике
Проанализировав данные, авторы предложили выстроить подход к лечению рака мочевого пузыря по следующей схеме: сперва все пациенты тестируются на выбранные маркеры развития рака — белки семейства Snail, Shhи другие. Для этого производится биопсия — от опухоли отщипывается небольшой кусочек, затем он обрабатывается веществами, предохраняющими его от разложения — спиртами или формалином. После чего образец заливают парафином и с помощью специального ножа — микротома нарезают тончайшими ломтиками.
Для того чтобы выявить структуру опухоли, срезы «проявляют» реактивами, содержащими модифицированные антитела — белковые вещества, способные связываться с определенными участками ткани — антигенами. Реакции антиген-антитело происходят в нас каждый день, на них основана работа нашего иммунитета. При попадании в организм, например, микробов, специализированные клетки иммунной системы синтезируют антитела, которые их связывают, не дают распространяться. На этом же основан и метод иммуногистохимического исследования. Если в образце присутствует антиген, то он взаимодействует с антителом. Процесс можно сравнить со снятием отпечатков пальцев — поверхность кажется чистой, но после обработки специальным порошком на ней проявляются узоры папиллярных линий.
Чтобы увидеть антитела, к ним добавляют флуоресцентные красители. Изучая обработанные срезы под микроскопом с набором светофильтров, можно выявить наличие раковых клеток, а при большом увеличении появляется и возможность детально рассмотреть расположение исследуемых белков в клетках.
Полученные количественные и качественные данные об экспрессии конкретных биологических молекул (панели маркеров) будут использованы в предложенной авторами математической модели для того, чтобы:
- оценить и, если необходимо, скорректировать начальный клинический диагноз.
- оптимизировать выбранный метод лечения, характер и дозы препаратов
- спрогнозировать потенциальные побочные эффекты для каждого конкретного пациента.
После окончания терапии должны проводиться дополнительные анализы на выбранную панель маркеров, чтобы оценить достигнутый результат. Авторы считают, что в зависимости от результатов может возникнуть необходимость радикально изменить курс лечения. Подобный подход к ведению истории болезни предоставит необходимые клинические данные для большого числа пациентов, что поможет лечащим врачам усовершенствовать процесс диагностики и подбора индивидуального курса лечения для каждого больного. В условиях, когда дорог каждый день, это — реальная возможность увеличить продолжительность жизни множества пациентов.
