Анализ рака по биомаркеры

Денис Варванец, биогеронтолог, биохакер, популяризатор антистарения

Сначала я изучаю научные статьи в хороших западных журналах. Пополнив знания о биомаркерах, сигнальных путях старения, заболеваниях, связанных с возрастом, я отправляюсь в лаборатории и сдаю определенный набор анализов. Некоторые тесты делаю самостоятельно дома. У биохакеров сумма этих показателей называется панелью. Она выявляет сильные и слабые стороны организма. Затем я планирую интервенцию, то есть вмешательство в работу организма с помощью лекарств, БАДов, диеты или физнагрузок. Через какое-то время снова сдаю анализы, чтобы выяснить эффективность и безопасность интервенций. А вдруг почки откажут? Значит, нужно прекратить эксперимент.

В отличие от ЗОЖ, биохакинг опирается на новейшие научные исследования и регулярный анализ биомаркеров. Для меня теперь это стиль жизни. Я регулярно измеряю свои биомаркеры, в основном относящиеся к старению, — скажем, жесткость сосудов или толщину комплексов интима-медиа сонной артерии. Чем ниже эти показатели, тем лучше.

Недавно я завершил эксперимент с фильтрацией воздуха в квартире. Я заметил: когда живу в Москве или нахожусь в каком-то крупном мегаполисе, возникает угнетенное состояние, память ухудшается, пропадает мотивация к какой-либо деятельности. А за городом чувствую себя лучше. Я предположил, что, возможно, дело в загрязненности воздуха. Установил дома два фильтра: один забирает воздух с улицы, чистит его и подает в комнату, второй очищает атмосферу непосредственно в комнате. Также завел несколько воздухоочистительных растений, о которых прочел в исследовании НАСА. Через месяц сдал свои анализы и увидел, что содержание свинца в крови снизилось, почки стали лучше работать, немножко ушел воспалительный процесс, а прибор зафиксировал уменьшение количества мелкодисперсной пыли в квартире.

Направление anti-age, или антистарение, у нас в стране только набирает популярность. За рубежом биохакеры пытаются проводить более сложные интервенции на уровне генов. Например, вкалывают себе неактивный вирус, который не может размножаться, но способен встроиться в клетки и вырабатывать определенный белок. Эти кейсы описывают на различных биохакерских сайтах. Кто-то пытается вылечить ВИЧ, кто-то внедряет гормон роста для увеличения мышечной массы.

Считаю, биохакинг станет мировым мейнстримом к 2023 году. Дело в том, что классическая медицина не рассматривает старение как проблему, не помогает людям стать умнее, креативнее, сильнее, не предлагает более эффективное лечение многих болезней, того же атеросклероза. Врач пропишет статины, которые слегка замедлят развитие заболевания. Многим этого уже мало, они хотят что-то более радикальное, и здесь открывается поле для экспериментов.

Константин Северинов, доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий (Россия) и Ратгерского университета (США)

Есть немало коммерческих разработок, где утверждается, что по наличию каких-то генетических маркеров можно давать рекомендации по диете. В большинстве случаев это не более осмысленно, чем советы не есть очень соленое, жирное или пережаренное. В терминах доказательной медицины этого не существует, за исключением совсем специальных случаев, например при фенилкетонурии (нарушение метаболизма аминокислот, при котором опасен избыток белка. — Прим. ред.) или инсулинозависимом диабете. Для здоровых* людей диет, научно разработанных на основании набора их генетических маркеров, не бывает, а те, кто говорят, что они способны такие диеты разработать, — или шарлатаны, или невежды, или и то и другое вместе.

Станислав С., финансист, биохакер

Люди издревле хотели жить вечно, искали средства для продления молодости, и только сейчас наше поколение впервые в истории наблюдает процесс старения, возникновения возрастных заболеваний на молекулярном уровне. Старение развивается десятками разных путей. Какие-то системы организма увядают быстрее, какие-то медленнее. Мы не можем пока воздействовать на этот процесс, поэтому моя цель заключается в том, чтобы понять, как я старею, используя научные методы. Я хочу провести самый лучший в мире эксперимент со старостью. А что с этим делать, будет видно по мере развития технологий. Мы решим проблему старения, которая представляет собой инженерную задачу. Это только вопрос времени.

Я начал эксперимент четыре года назад, когда о биохакинге у нас в стране никто не слышал. Мне просто интересна биохимия здоровья. В детстве я хотел стать биологом и вот сейчас реализую свою мечту на уровне хобби. Я делаю панель анализов в нескольких московских лабораториях раз в месяц или квартал. Там более семисот показателей. В среднем два дня у меня уходит, чтобы изучить анализы и решить, какие проводить интервенции. Я разработал для себя график эксперимента на год и следую ему.

Некоторые думают, что биохакинг — это исключительно непосредственное вмешательство в геном человека, но пока у нас, к сожалению, нет достаточно безопасных способов, чтобы улучшить геном. Зато можно исправить недостатки, заложенные в организме. В этом и заключается хакинг. Компьютерный хакер взламывает программу и выявляет в ней какие-то уязвимости. Биохакер находит уязвимости в живой системе и использует их, чтобы обойти ограничения своего организма. У меня примерно 40 уязвимостей, которые рискуют в будущем перерасти в болезни. И моя задача — управлять этими рисками. Я провожу порядка 30 интервенций: это препараты, добавки, разные виды спорта, диеты, отдельные продукты питания.

Я веду риск-панель, это такой своеобразный учет моих уязвимостей. Каждая должна быть грамотно описана и обоснована с медицинской и научной точки зрения, чтобы был понятен ее актуальный статус: поставлена под контроль или нет.

Важно сказать, что мой эксперимент не доказывает эффективность всей этой стратегии, его нельзя рекомендовать другим, вводить в клиническую практику. Система здравоохранения просто не выдержит, если все пациенты будут такие, как я.

Александр Соколов, программист

Несколько лет назад я решил собрать собственный секвенатор. Это прибор, с помощью которого расшифровывают геном. Секвенатор вычисляет последовательность оснований ДНК и переводит их в последовательность нулей и единиц. Прибор очень дорогой — 50-100 тысяч долларов. Таких денег у меня нет, а обзавестись секвенатором очень хочется, поэтому я решил собрать свой.

Полупроводниковый секвенатор содержит одноразовый чип. Я раздобыл его, отснял под микроскопом по слоям (объем данных занял 50 гигабайт) и восстановил структуру. Это позволило мне спроектировать для него материнскую плату. Заказал ее на заводе. Затем изготовил систему подачи реагентов, научился отмывать использованные чипы, чтобы они были как новые, с помощью единомышленников написал ПО. Секвенатор, в принципе, рабочий, но чтобы полноценно секвенировать ДНК, нужно его откалибровать и отладить. Думаю, на это уйдет еще месяц. Потом попробую расшифровать геном какого-нибудь простого организма.

Сборка секвенатора обошлась мне примерно в сто тысяч рублей.* У меня есть ПЦР-лаборатория, я починил сломанный ДНК-синтезатор, который решает обратную секвенированию задачу. Есть прибор для электрофореза. Вокруг меня образовался круг энтузиастов, увлеченных биотехнологиями. Для начала создадим какую-нибудь ГМ-бактерию.

"На хакнутом секвенаторе взломать мир вокруг себя" — так я это себе представляю. Вообще, биотехнологии сейчас — это как компьютерная техника в 1980-е. Ее создавали в гаражах, а теперь у каждого есть персональный компьютер.

*Говоря "здоровых", исключаем недообследованных, которым по разным причинам не доступна качественная диагностика.

**Секвенаторы второго поколения стоят от 19 тысяч долларов, а третьего поколения размером с флешку в 2018 можно уже не более 2 тысяч (или арендовать у друзей, оплатив только расходники):

Рак — это заболевание, вызванное генетической мутацией или эпигенетическими модификациями на уровне транскрипции. Диагностика заболеваний на ранней стадии — это сложный шаг, который необходимо предпринять для улучшения результатов выживания пациентов. Последние успехи возродили интерес и закончились разработкой различных потенциальных биомаркеров. Биомаркеры рака включают ДНК, РНК, белки, липиды, сахара, мелкие метаболиты, цитокинетические и цитогенетические параметры и все опухолевые клетки, обнаруженные в различных жидкостях организма. Биомаркеры должны быть тщательно исследованы для точной диагностики болезни и для помощи в разработке таргетной терапии для улучшения результатов заболевания.

Эпигенетика достаточно молодая наука, которая изучает изменения в экспрессии генов или фенотипа клеток, вызванных механизмами, не затрагивающими последовательность ДНК.

Метилирование ДНК и модификации гистонов считаются основными эпигенетическими механизмами 3. Они играют жизненно важную роль в таких процессах как репликация, транскрипция и восстановление ДНК. Следовательно, изменения генома или аномальная экспрессия различных регуляторов могут вызывать выраженный эффект, приводящий к индукции рака [6,7].

В генах, которые ингибируют развитие опухолевых образований, есть зона промотора с CpG-островками. Гиперметилирование таких островков является важным механизмом инактивации генов. Гипометилирование способствует росту различных типов злокачественных новообразований 9.

Метилирование ДНК связано со многими ключевыми процессами, такими как инактивация теломер, центромер, Х-хромосом и подавление повторяющихся элементов, геномный импринтинг и канцерогенез. Существует два типа аномального метилирования ДНК, связанного со злокачественными новообразованиями человека. Глобальное гипометилирование часто связано с нестабильностью хромосом и потерей импринтинга, тогда как гиперметилирование происходит на островках CpG, расположенных в зонах промотора, и часто связано с инактивацией генов-супрессоров опухолей 15.

Эпигенетические аберрации оказывают влияние на стадии развития опухоли, что в конечном итоге способствует росту и дифференцировки опухолевых клеток. Определение этих изменений может быть использовано в качестве прогностических биомаркеров для диагностики рака в начале заболевания. Эти биомаркеры будут полезны для выявления пациентов, злокачественные новообразования которых чувствительны к препаратам. Кроме того, они могли бы дать гарантию того, что у пациентов будут положительные результаты от новых средств, нацеленных на онкогены 24.

Открытие новых биомаркеров является сложным шагом в исследовании рака. Биомаркер – это биологический объект, обнаруженный в тканях, крови или других биологических жидкостях, который указывает на нормальное или ненормальное течение заболевания 30. Разработаны различные типы биомаркеров рака для скрининга пациентов, находящихся в группе риска, или для обнаружения определенного типа рака или для прогнозирования результатов лечения опухоли или для подбора специфической лекарственной терапии 37.

Биомаркеры в основном подразделяются на три категории. Диагностические и прогностические биомаркеры относятся к количественным признакам, которые помогают врачам лучше всего подобрать терапию. Эти биомаркеры существуют в различных формах; биомаркеры включают в себя оценку пациентов с помощью радиологических методов и использование опухолеспецифических антигенов. Высокоэффективное секвенирование ДНК, масс-спектрометрия и ДНК-микролинейка — прогресс в технологиях изучения генома человека. Все это привело к развитию биомаркеров, связанных с выявлением рака, путем сравнения последовательности и уровня экспрессии ДНК, РНК и белка. Генетические и геномные методологии, например, исследование картины экспрессии генов, полученной с помощью технологии ДНК-микролинейки, играют важную роль в диагностике и прогнозировании рака и многих других заболеваний 57.

Онкология — это группа заболеваний, которая включает генетические модификации, такие как точечные мутации, генные перестройки и амплификации генов, приводящие к изменениям в молекулярных путях, регулирующих рост клеток, выживание и метастазирование 65. Когда эти типы изменений появляются среди большого числа пациентов, имеющих определенный тип опухоли, то такие изменения могут быть использованы в качестве биомаркеров для определения терапии [71,72].

Биомаркеры, основанные на антигенах.

Опухоль выделяет небольшое количество макромолекул во внеклеточную жидкость, из которой некоторые белки попадают в кровоток и сохраняются там некоторое время. Они выделяются из сыворотки и работают в качестве потенциальных биомаркеров [73, 74].

Простат-специфический антиген (ПСА)

Простат-специфический антиген (ПСА), вероятно, является наиболее широко распространенным биомаркером при диагностике рака предстательной железы. Он относится к семейству генов Калликреин и продуцируется как нормальными, так и злокачественными эпителиальными клетками предстательной железы. ПСА находится в небольших количествах в сыворотке нормальных мужчин и повышается при раке предстательной железы 77.

Альфа-фетопротеин (АФП) — это известный диагностический биомаркер, используемый при диагностике гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК). Но он не является специфическим для выявления ранних стадий гепатоцеллюлярной карциномы. Это основной сывороточный фетальный белок, обнаруженный у млекопитающих. Он активно продуцируется и секретируется гепатоцитами. В связи с тем, что уровни АФП могут повышаться в сыворотке у пациентов с другими хроническими заболеваниями печени; АФП не может использоваться для скрининга у пациентов, страдающих гепатитом C или циррозом [80,81].

Антиген рака-125 (CA125)

CA-125 антиген, как известно, является основным маркером в сыворотке крови, используемым для диагностики рака яичников, для прогноза, ответа на химиотерапию и прогрессирование болезни. Антиген CA 125 является мембранным гликопротеином, который находится в целомическом эпителии и экспрессируется большинством видов эпителиального рака яичников. Основным недостатком использования маркера CA125 в качестве инструмента для скрининга является его низкая чувствительность и эффективность при диагностике ранних стадий онкопроцесса. Он также может быть повышен при других злокачественных новообразованиях, в том числе при раке легких, раке фаллопиевых труб, раке молочных желез, раке эндометрия и желудочно-кишечного тракта 83.

Тироглобулин (Tg) является органо-специфическим опухолевым маркером; связанным с пациентами, имеющими дифференцированный рак щитовидной железы, источник которого фолликулярные клетки. При раке щитовидной железы уровень тиреоглобулина в крови нарастает. Он считается гликопротеином большого размера, хранящимся в коллоиде фолликулов щитовидной железы, который действует как прогормон в синтезе тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3) в щитовидной железе 90.

Белок теплового шока (Hsp)

Белок теплового шока (Hsp) приобрел значение из-за влияния на прогрессирование опухоли и ответа на лечение. Это привело к развитию таргетной терапии путем использования Hsp в качестве иммунологического адъюванта в противораковых вакцинах. Экспрессия белков теплового шока (Hsp) усиливается при различных раковых заболеваниях. Кроме того, они участвуют в процессах, связанных с клеточным циклом. Обычно патологические процессы связаны со стимуляцией индуцирования Hsp физиопатологическими особенностями микроокружения опухоли 91.

Хорионический гонадотропин человека (hCG)

Хорионический гонадотропин человека (hCG) является гормоном, в норме продуцируемым плацентой. Кроме того, его концентрация повышается в крови пациентов с определенными видами рака яичников, яичек и хориокарциномой. Повышение уровня ХГЧ и его метаболитов в сыворотке нельзя рассматривать в качестве прогностического маркера, поскольку, по результатам исследований, βhCG может непосредственно изменять рост опухоли, что приводит к худшему результату. У беременных уровень ХГЧ всегда повышен, поэтому при данном состоянии он не может быть использован в качестве маркера онкологии 96.

Цитотоксическая химиотерапия и лучевая терапия считаются лучшими методами, доступными для лечения злокачественных новообразований. Однако они могут вызывать серьезные побочные эффекты, такие как повреждение нормальных клеток вместе с опухолевыми клетками. Недавние достижения в понимании основного механизма развития рака привели к развитию таргетных методов лечения, которые могут ингибировать рост опухолевых клеток, мешающих молекулярным путям, ведущим к апоптозу. Например, препараты Иматиниб и Эрлотиниб могут ингибировать активность тирозинкиназы белка, нацеленной на рецепторы эпидермального фактора роста (EGFR). Другие таргетные препараты, такие как антитела бевацизумаб, будут действовать на фактор роста, который стимулирует рост опухолевого кровеносного сосуда 104.

Большинство злокачественных опухолей зависят от глюкозы, необходимой для их развития. Когда изучали корреляцию различных видов опухолей человека с разной степенью гликолиза, было обнаружено, что существует обратная зависимость между скоростью гликолиза и повреждением, вызванным химиотерапевтическими лекарственными средствами и излучением. Исследования показали, что 2-DG избирательно сенсибилизирует опухолевые клетки к ионизирующей радиации, не вызывая повреждения нормальных клеток. Таким образом, клинические испытания у пациентов с опухолями головного мозга при использовании протокола гипофракционной радиотерапии в сочетании с 2-DG оказались успешными. Комбинированная терапия привела к минимальной острой токсичности и поздним радиационным эффектам, также было отмечено значительное увеличение выживаемости и улучшение качества жизни 108.

Мишень рапамицина в клетках млекопитающих (mTOR)

Мишень рапамицина в клетках млекопитающих (mTOR) – это серин-треониновая протеинкиназа, которая является членом семейства PIKK [фосфатидилинозитол-3-киназа-подобная киназа (PI3K)], представляет собой важную часть в регулировании развития и пролиферации клеток. Когда mTOR активируется, повышаются уровни фосфорилирования его мишеней p70S6K и 4EBP1, что приводит к увеличению уровней биогенеза рибосом, трансляции, ингибированию аутофагии и реорганизации актинового цитоскелета. Исследования показали, что сигнальный путь (PI(3)K) -PTEN-mTOR аберрантно активируется во многих опухолях, что приводит к дисрегуляции клеточного роста и пролиферации. Потеря мРНК PTEN или производство белка в опухолевой ткани могут рассматриваться как биомаркеры для оценки активации молекулярного пути. Маркер пролиферации Ki-67 используется для оценки ингибирования mTOR рапамицином, который может показывать присутствие фосфорилированной формы рибосомального белка S6 и его терапевтическое действие на опухолевые клетки 112

Теломераза представляет собой фермент, известный как обратная транскриптаза, которая использует РНК в качестве матрицы для продуцирования ДНК и содержит как РНК, так и белковые компоненты. Фермент является единственным ответственным за защиту клетки от деградации и смерти путем поддержания теломер. Таким образом, его можно рассматривать как один из лучших диагностических маркеров рака человека, что делает его идеальной мишенью для химиотерапии 117.

Известно, что ген р53 является геном-супрессором опухоли, который предотвращает неконтролируемое деление аномальных клеток. Радиация и многие другие противоопухолевые препараты вызывают повреждение ДНК раковых клеток, которое активирует ген р53, что приводит к апоптозу. Во время лечения, интактный ген p53 дикого типа, по существу, необходим для стимуляции запрограммированной гибели раковых клеток. Таким образом, ген p53 является хорошо изученным потенциальным биомаркером для прогнозирования и ответа пациента на терапию [120, 121].

Тирозинкиназа относится к группе ферментов, которые регулируют различные клеточные процессы, такие как рост клеток, дифференцировка, миграция и апоптоз, которые способствуют развитию опухолей и их прогрессированию. Таким образом, влияние на белок тирозинкиназы как на терапевтический биомаркер является привлекательным подходом к остановке роста опухоли. Например, ингибиторы тирозинкиназы Гефитиниб и Трастузумаб оказались противораковыми средствами 124.

Клетки как биомаркеры

Циркулирующие опухолевые клетки (CTCs)

Циркулирующие опухолевые клетки можно рассматривать как мощные биомаркеры для прогноза прогрессирования заболевания и реакции на терапию. Увеличение CTCs в любой момент во время терапии является показателем прогрессирования, тогда как снижение количества CTCs показывает эффективность терапии. Исследования показали, что их можно рассматривать как стандартные маркеры опухолей (например, Ca27-29) при оценке прогноза заболевания [124].

Т-регуляторные клетки (CD4 +, CD25 + и Foxp3 +)

T-регуляторные клетки (T-regs) считаются важными в индуцировании и поддержании периферической аутотолерантности, что препятствует развитию иммунной патологии. Предполагается, что они контролируют как естественные, так и приобретенные иммунные ответы. T-regs хорошо известен как суррогатный иммунный маркер прогрессирования рака; также выступает в качестве предиктора ответа на таргетные методы лечения. Наличие клеток FoxP3 + в опухолях помогает в оценке прогноза, метастатической способности и инвазивности некоторых опухолей путем модуляции способности иммунной системы нацеливаться на опухолевые клетки 126.

Стволовые клетки (CSC).

Раковые стволовые клетки являются субпопуляцией клеток, которые обладают способностью к самообновлению и генерации более дифференцированного потомства, составляющего основную массу опухоли. Исследования показали, что раковые стволовые клетки (CSC), опухолеобразующие клетки или клетки, инициирующие опухоль, могут приводить к появлению новых опухолей при трансплантации их животным с иммунодефицитом. Поэтому крайне важно идентифицировать CSC для каждой возможной опухоли, что может привести к новым методам лечения 130.

Эпигенетические изменения были связаны с развитием и прогрессированием рака у человека. Исследования показали, что эпигенетические модификации являются обратимыми, в отличие от генетических мутаций. Это заставило исследователей сосредоточиться на разработке эпигенетических препаратов для лечения больных раком. Хотя исследования в области эпигенетики привели к улучшению результатов лечения пациентов с определенными формами лимфомы и лейкемии с использованием препаратов, которые изменяют метилирование ДНК и ацетилирование гистонов, следует уделять больше внимания оптимизации и подтверждению маркеров метилирования в клинических испытаниях. Терапия, направленная на отмену эпигенетических изменений в раковых клетках, а также диагностические и прогностические анализы, основанные на моделях метилирования генов, являются многообещающими направлениями для будущего прогресса в лечении пациентов.

Journal of Oncology Research and Treatment.

J Oncol Res Treat, Vol 2(1).

Epigenetics — Role as Biomarker in Cancer Diagnosis.

Manasa P* Department of Biotechnology, JNTU Hyderabad, India.

Биомаркером называют биологический признак, характеристику, которая применяется в качестве идентификатора состояния организма. Биологические маркеры используют для оценки текущих физиологических процессов в организме, для прогнозирования индивидуальных рисков заболевания, для выявления болезни, оценки эффективности её лечения и исхода, разработки новых лекарств, оценки негативных факторов внешней среды.

Виды онкологических биомаркеров

Диагностические биомаркеры служат для ранней диагностики и выявления рака. Прогностические позволяют оценить прогноз развития заболевания, предиктивные дают возможность предсказать ответ на терапию.

Основными факторами в выборе тактики лечения являются стандартные, общеизвестные прогностические и предиктивные характеристики опухолевого процесса. Обнаружение новых онкологических биомаркеров предоставило дополнительные возможности для персонализированной медицины. Наибольшую известность получили экспрессионные прогностические и предиктивные характеристики опухолевого процесса.

Методом оценки статуса тех или иных молекул является иммуногистохимический тест. В последние десятилетия получили популярность экспрессионные тесты, основанные на детекции специфических молекул РНК. Так, предиктивные экспрессионные онкологические биомаркеры (в т. ч. HER2, DPD, TP, BRCA1 и др.) можно оценивать как с помощью ИГХ, так и посредством ПЦР-анализа генной экспрессии.

Разновидностью молекулярно-генетических анализов являются мутационные тесты. Изучение генных мутаций может помочь оценить чувствительность опухоли к специфическим препаратам, а также определить резистентность новообразования к терапии. Например, мутации в гене EGFR гарантируют ответ карциномы легкого на лечение препаратами гефитиниб, эрлотиниб, афатинибом. А мутации генов KRAS, NRAS и BRAF заставляют отказаться от цетуксимаба или панитумумаба при терапии рака прямой кишки.

Таким образом, онкологические биомаркеры являются основой для персонализированной медицины. С их помощью можно подбирать оптимальную таргетную терапию.

Онкологические биомаркеры при различных заболеваниях

Для диагностики рака молочной железы используются следующие онкомаркеры:

• MammaPrint;
• HER2/neu;
• BRCA1/2.

Онкологические биомаркеры рака легкого:

• EGFR;
• ALK;
• ROS1;
• RET и др.

В список онкологических биомаркеров колоректального рака входят:

• KRAS;
• NRAS;
• EGFR;
• BRAF.

О рисках меланомы говорят такие онкологические биомаркеры, как BRAF, KIT.

Биомаркеры ранней диагностики рака

До недавнего времени основным методом раннего обнаружения рака простаты был анализ на простатический специфический антиген (ПСА). Он имеет ряд недостатков, главный из которых состоит в том, что это не онкологический биомаркер, а органоспецифический маркер. Это привело к гипердиагностике рака простаты. Тест на PCA3 обладает более высокой специфичностью и позволяет снизить количество нецелесообразных биопсий.

Жидкостная биопсия для определения онкологических биомаркеров

Новая технология позволяет проводить детекцию онкомаркеров в крови или других биологических жидкостях. Жидкостная биопсия используется для ранней диагностики рака, контроля эффективности противоопухолевой терапии, мониторинга метастазирования и рецидивов.

• в 56 генах;
• 10 генах, ассоциированных с раком легкого;
• 4 генах, ассоциированных меланомой, раком толстой кишки.

Профессор Энди Тао (на фото) и его команда нашли биомаркеры, которые подходят для определения присутствия любого типа рака.
Фото Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell.

Своевременная диагностика онкологических заболеваний на самых ранних стадиях является ключевым фактором для успешного их лечения. Поэтому многие научные центры заняты разработкой тестов для обнаружения следов рака в крови. Учёные из Университета Пердью (Purdue University) совершили большой прорыв в этом направлении, обнаружив ряд белков, уровень которых повышается в самом начале формирования опухоли.

В предыдущих работах исследователи рассматривали множество вариантов биомаркеров, таких как РНК-профиль тромбоцитов, повреждения ДНК белых кровяных телец и другие. Но обнаружить универсальные показатели, связанные с различными видами рака, оказалось чрезвычайно трудно. Ещё труднее найти показатели крови, которые сигнализируют только об онкологических заболеваниях и не изменяются под действием других факторов.

Команда под руководством Энди Тао (Andy Tao) сосредоточилась на изучении фосфорилирования белка, в ходе которого к его молекуле добавляется фосфатная группа и образуется так называемый фосфопротеин. Известно, что этот процесс играет важную роль в образовании раковых клеток.

Но раньше использовать уровень фосфопротеинов в крови в качестве биомаркеров рака не решались, так как печень вырабатывает фермент фосфотазу, который удаляет фосфатные группы. То есть такой анализ мог быть неточным. Одним из важных прорывов нового исследования стала методика подготовки проб крови, которая решила эту проблему.

Сначала исследователи обычным центрифугированием отделяли плазму крови от красных кровяных клеток. Затем с помощью ультраскоростной центрифуги они извлекали крошечные внеклеточные пузырьки экзосомы, которые содержат РНК, жиры и белки, в том числе и фосфопротеины. Эти структуры выделяются клетками в сыворотку и используются для межклеточной коммуникации. Предполагается, что именно микропузырьки способствуют образованию метастаз и позволяют раку распространяться по организму.

Тао и его коллеги определили содержание фосфопротеинов у 30 пациентов с раком молочной железы и сравнили результаты с показателями шести здоровых людей. В итоге учёные идентифицировали в образцах крови почти 2400 различных фосфопротеинов и обнаружили, что у пациентов с онкологическими заболеваниями уровень 144 из них значительно повышен.

"В настоящее время у медиков практически нет возможности следить за состоянием своих пациентов после лечения, — рассказывает Тао в пресс-релизе Университета. – Фактически им приходится ждать, пока рак не вернётся вместо того, чтобы предотвратить это заранее.

Новые биомаркеры могут стать в руках специалистов грозным оружием против онкологических заболеваний, поскольку осуществление постоянного контроля в процессе лечения и после него – это, безусловно, залог успеха. К тому же, простой анализ крови для пациентов гораздо менее неприятный и болезненный, чем классическая биопсия, которая фактически подразумевает изъятие тканей.

Обнадёживающие результаты исследования были опубликованы в издании PNAS. Сейчас Тао и его команда планируют проанализировать уровни фосфопротеинов для различных типов рака. Также ведётся работа по упрощению технологии подготовки образцов, чтобы сделать её практичной в клинических условиях. В частности, необходимо избавление от стадии ультраскоростного центрифугирования.

В специальной рубрике "Вести.Наука". можно найти и другие материалы о последних достижениях в деле раннего определения рака как зарубежных, так и российских учёных. Например, мы рассказывали об успехах искусственного интеллекта в диагностике меланомы, о выявлении рака поджелудочной железы по анализу мочи и многом другом.