Suche
Mein Konto
Свръхпрецизни 3D карти на ракови клетки разкриват тайните на туморния растеж
Свръхпрецизни 3D карти на ракови клетки дешифрират как растат туморите и предлагат нови подходи към терапиите.
Свръхпрецизни 3D карти на ракови клетки разкриват тайните на туморния растеж
Подробни карти, които изобразяват точно местоположението на клетките в туморите и изследват биологията на туморите, предлагат нови прозрения за развитието на няколко вида рак - включително рак на гърдата, дебелото черво и панкреаса - и биха могли да предоставят улики за потенциални лечения.
в серия от 12 изследвания, публикуван на 30 октомври в списание Nature, изследователи от Human Tumor Atlas Network (HTAN) анализираха стотици хиляди клетки от човешки и животински тъкани. Някои от проучванията описват 3D карти на клетки – известни като клетъчни атласи – в тумори, докато други създават „молекулярни часовници“, които проследяват клетъчните промени, които водят до рак.
„Прилагането на тези нови инструменти към рака ни позволява да го погледнем от различна гледна точка“, казва Кен Лау, изчислителен клетъчен биолог в Медицинския център на университета Вандербилт в Нешвил, Тенеси, и съавтор на проучване, документиращо времевия ход на клетъчните събития в развитието на колоректален рак 1. „Всъщност можем да видим неща, които не сме виждали преди.“
Картографиране на тумори
В някои от проучванията изследователите създават атласи, които им позволяват да изучават тумори на едноклетъчно ниво и да изследват как се развива ракът. Екип анализира организацията на клетките в 131 проби от шест различни вида рак, включително тумори на гърдата, дебелото черво, панкреаса и бъбреците 2. Учените открили, че различните региони на един и същи тумор могат да реагират различно на лекарствата. Разбирането как различните клетъчни групи реагират на лечения може да помогне за разработването на по-ефективни терапии.
Други проучвания са използвали 3D картографиране, за да изследват проби от полипи на дебелото черво - анормални израстъци в чревната лигавица, които могат да станат ракови. Те идентифицираха молекулярни промени в клетките на полипите, включително загуба на ДНК връзки и промени в генната активност 3, както и промени в имунния отговор, клетъчния растеж и метаболизма на хормоните 4, което може да се появи рано и да причини злокачествено образуване на полипните клетки.
Терапиите, насочени към тези промени, биха могли да направят лечението на рак и ранните здравни интервенции по-ефективни, казва Йомер Йълмаз, биолог по стволови клетки в Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж. "Най-доброто лечение за рак е превенцията. И ако можем да разберем как различните клетъчни популации реагират на околната среда и диетата, как това засяга туморогенезата и как различните клонинги допринасят за този процес, това може да доведе до по-добри методи за превенция или откриване."
Прозрения за имунитета
Други атласи предоставят указания защо някои видове рак са по-трудни за лечение от други. „Туморите не се състоят само от ракови клетки“, казва Даниел Абраванел, лекар-учен в Института за ракови заболявания Dana-Farber в Бостън, Масачузетс, и съавтор на проучване за рака на гърдата 5. Например имунотерапии, които не са насочени директно към раковите клетки, а поддържат имунната система, за да ги елиминира, по-малко ефективен срещу рак на гърдата, отколкото други видове рак, добавя той.
За да разберат защо, Абраванел и колегите му създадоха 3D атлас на тумори, използвайки десетки проби от 60 души с агресивни форми на рак на гърдата. Те разгледаха как се разпределят имунните клетки и установиха, че някои видове имунни клетки са по-често срещани при определени тумори, особено при хора, които са получили имунотерапия.
При трима души биопсии, взети от един и същ тумор с интервал от 70-220 дни, показват разлики в количествата на имунните клетки, известни като Т клетки и макрофаги. В два случая броят на тези клетки е намалял с времето, докато в третия случай се е увеличил.
„Това наистина показва колко динамична е имунологичната микросреда и може да обясни защо опитите да се характеризират тумори и да се предскажат отговорите на терапиите на имунната контролна точка от биопсия в един момент са дали противоречиви резултати“, казва Брайън Леман, изследовател на рак на гърдата, който специализира в геномиката в Раковия център Vanderbilt-Ingram в Нешвил, Тенеси.
В друго проучване изследователите установиха, че някои агресивни подтипове рак на гърдата съдържат повече имунни клетки от други и изглежда „заглушават“ с течение на времето 6. Тези клетки експресират протеин, наречен CTLA4, който ограничава способността им да реагират на тумори. Терапиите, насочени към CTLA4, показват обещаващи резултати при лечението на меланом и рак на белия дроб. „Това отваря допълнителни възможности за използването на тази терапия при подгрупа от рак на гърдата“, казва Леман.
Часовник CRISPR
Други експерименти показват как клетките се превръщат в ракови клетки на първо място. В проучването за колоректален рак Лау и колегите му разработиха „молекулярен часовник“, за да проследят как нормалните клетки започват да се размножават неконтролируемо в червата 1. Те използваха анализ на една клетка и инструмент за редактиране на гени (CRISPR), за да създадат мутации в ДНК на всяка клетка. Тези мутации действаха като времеви печати, документирайки хода на промените и деленията на всяка клетка.
Лау и неговият екип приложиха този подход към 418 човешки полипа на дебелото черво и установиха, че до 30% от полипите идват от множество типове клетки, а не от една клетка. При 60% от полипите една група клетки започва да „изпреварва“ други с нарастването на полипа – което води до образуването на тумор. Две подобни проучвания при мишки 7, 8, включително анализ на 260 922 единични клетки от 112 проби от чревна тъкан, също показа, че смес от клетки колективно инициират колоректални тумори.
Тези резултати предизвикват предишното мислене, че ракът на дебелото черво възниква от единични, нерегулирани клетки в чревната лигавица и може да отвори нови възможности за ранна диагностика и интервенция.
„За да оценят риска от [предракови образувания], хората използват размера. Колкото по-голям е туморът, толкова по-висок е рискът“, казва Лау. Но молекулярният часовник и други анализи показват, че „може да има други биомаркери, които включват генетика и еволюция“.
-
Ислям, М. и др. Природа https://doi.org/10.1038/s41586-024-07954-4 (2024).
-
Пон, C.-K. et al. Природа https://doi.org/10.1038/s41586-024-08087-4 (2024).
-
Zhu, Y. et al. Природен рак https://doi.org/10.1038/s43018-024-00823-z (2024).
-
Esplin, E.D. et al. Природен рак https://doi.org/10.1038/s43018-024-00831-z (2024).
-
Klughammer, J. et al. Nature Med. https://doi.org/10.1038/s41591-024-03215-z (2024).
-
Iglesia, M.D. и др. Природен рак https://doi.org/10.1038/s43018-024-00773-6 (2024).
-
Sadien, I.D. et al. Природа https://doi.org/10.1038/s41586-024-08053-0 (2024).
-
Lu, Z. et al. Природа https://doi.org/10.1038/s41586-024-08133-1 (2024).