Клеточные технологии в онкологии

Меланома, злокачественное образование кожи, давно и достаточно хорошо изученное врачами-онкологами заболевание. Опухоль обычно лечат хирургическим путем. Как правило, операции проходят успешно, пациенты возвращаются к нормальной жизни. Более того, это направление хирургии не стоит на месте: сейчас в ряде случаев после удаления опухоли даже не остается шрама на теле.

Но рак – заболевание коварное. Бывает, опухоль до удаления успевает дать метастазы, раковые клетки проникают вглубь организма, начинают делиться, захватывая все новые пространства. И это порой приводит к очень печальным последствиям: через какое-то время лет человек вновь серьезно заболевает.

К беде привела обычная родинка

Родинку удалить не удалось, Татьяна чувствовала несильную боль в плече. За компанию с подругой она отправилась к онкологу. Его вердикт был неутешительным: необходимо делать операцию.

Несмотря на хирургическое вмешательство, летом 2011года женщине был поставлен тяжелый диагноз: меланома кожи спины, метастазы в мягкие ткани шеи. Сделали еще две операции, удалив надключичные лимфоузлы. Но болезнь продолжала прогрессировать, достигнув третьей, уже опасной для жизни стадии.

- И тогда врачи нашего института применили разработанную ими новую методику, направленную на усиление иммунной системы самого пациента: ввели в организм клеточную вакцину, - рассказывает пресс-аташе НИИ онкологии имени Н.Н. Петрова Ирина Столярова. – За год провели двенадцать вакцинаций, достигнув очень хорошего результата: опухоль перестала расти. Хотя Татьяна по-прежнему находится под наблюдением наших специалистов, она сейчас может вести привычный для нее образ жизни.

Злокачественные клетки хитры и коварны

…Механизм образования раковых опухолей давно и хорошо известен. Все клетки, за исключением нервных, постоянно делятся. Каждый день появляется определенное количество потенциально раковых, но они быстро вычисляются и уничтожаются иммунной системой. Но защитный механизм нашего организма может дать сбой и упустить момент возникновения раковой клетки. Причины бывают самые разные: связанное с возрастом ослабление иммунитета, радиационное облучение, работа с канцерогенными веществами, вирусы. Так возникает клон быстро размножающихся опасных клеток, не подвластных контролю со стороны организма.

И потому ученые пришли к выводу: для того, чтобы эффективно бороться с онкологическими заболеваниями, нужно научиться восстанавливать иммунную систему пациента. Любопытно, что об этом догадывались врачи еще в позапрошлом веке. В медицинской литературе описывается такой случай. Человек, у которого была обнаружена раковая опухоль, заболел оспой. И опухоль стала исчезать. Вероятно, иммунная система, мобилизовавшись на борьбу с оспой, вновь начала уничтожать злокачественные клетки.

Однако в двадцатом веке появились распространенные сейчас во всем мире методы лечения - хирургический, химиотерапевтический и радиационный. Но, как показывает многолетняя практика, все они, наряду с достоинствами, имеют и серьезные недостатки. И сегодня иммунотерапия, которая начала развиваться на стыке столетий, считается наиболее перспективным направлением в онкологии.

Вакцину делают вручную

Заведующая научным отделом онкоиммунологии НИИ имени Петрова доктор медицинских наук Ирина Балдуева прошла путь от медсестры до известного ученого. Она занимается клеточными технологиями уже более двадцати лет.

- Суть разработанной нами методики, которая использовалась для лечения Татьяны Протасевич, других пациентов, такова, - объясняет заведующая отделом. – После предварительной подготовки, детали которой я опускаю, у больного берут кровь, затем ее помещают в специальные флаконы. Через несколько часов клетки, которые используются при изготовлении вакцины, так называемые дендритные клетки, оседают на стенках флакона. После чего их помещают в специальную среду, по составу близкую к той, что существует в организме человека. Это нужно для того, чтобы клетки обрели силу, необходимую для борьбы с метастазами. Процесс продолжается семь дней.

Следующий этап – научить клетки бороться с опухолями. В лаборатории института уже накоплен банк данных так называемых опухолевых антигенов, по сути, злокачественных клеток.

Отметим, что вакцину фактически делают вручную. Это сложная, требующая высокой квалификации работа.

Методика проверена временем

Клеточные технологии применяются не только при лечении меланомы. У пожелавшего остаться неизвестным инженера Г в 2009 году диагностировали хондросаркому правой голени. Говоря простым языком, нашли опухоль в кости. Несмотря на ампутацию ноги – другого выхода не было, метастазы проникли в легкие и ребра.

Пациент пережил еще две сложнейшие операции, но заболевание прогрессировало, достигнув четвертой стадии. Остановить его рост и тем самым спасти больному жизнь помогла начатая в 2011 году вакцинотерапия. Она продолжается и поныне.

Кстати, на первых этапах вакцинация проводится раз в две-три недели. Затем интервал увеличивается до трех месяцев, затем до полугода. При хороших результатах врачи ограничиваются ежегодными профилактическими осмотрами.

В НИИ онкологии иммунотерапию применяют уже на протяжении восьми лет. Чаще всего в сочетании с другими методами лечения. Например, в перерывах между курсами химиотерапии. Однако лишь совсем недавно специалисты пришли к выводу, что клеточные технологии способны существенно помочь онкологическим больным в третьей и четвертой стадии.

- На протяжении пяти и более лет врачи наблюдали за пациентами, которые прошли курс иммунотерапии, - говорит Ирина Столярова. – Подчеркну, что ее применяли к тяжело больным людям. Примерно у 46 процентов из них опухоль перестала расти, либо даже уменьшилась в размерах. В онкологии это считается хорошим результатом.

И что важно: почти все пациенты проходили курс вакцинации бесплатно, поскольку методика входила в финансируемую государством программу высокотехнологичной медицинской помощи. Реальная же стоимость только первого курса колеблется от 140 до 220 тысяч рублей.

Начиная с 2010 года, в НИИ онкологии провели 1585 циклов вакцинотерапии на основе дендритных клеток, лечение получили 203 пациента.

Клеточные технологии сегодня получают практическое применение в самых разных областях отечественной медицины – от косметологии до кардиологии. Но если в одних случаях клеточные продукты используются пока в экспериментальном порядке или проходят стадию клинических исследований, то в других – уже имеют статус терапевтически эффективной и одобренной регуляторами методики. Наиболее яркий пример клинического внедрения – иммунотерапия злокачественных новообразований с помощью дендритно-клеточной вакцины, созданной 20 лет назад в Санкт-Петербурге учеными НИИ (сейчас – НМИЦ) онкологии им. Н.Н. Петрова. О том, в каких обстоятельствах рождалась и отрабатывалась уникальная методика, Vademecum рассказала один из ее авторов – руководитель Центра клеточных технологий и научного отдела онкоиммунологии НМИЦ Ирина Балдуева.

– В чем суть терапии с помощью дендритно‑клеточной вакцины?
– Если объяснять упрощенно, то мы берем у пациента образец опухоли, которая уже не отвечает на другие методы лечения, выделяем опухолевые клетки и клетки крови и в лабораторных условиях модифицируем их таким образом, чтобы иммунная система начинала их распознавать, а затем вводим полученную дендритную вакцину пациенту. Дендритные клетки умеют распознавать антигены опухолевых клеток (раково‑тестикулярные антигены) и помогают иммунной системе с ними справляться.

– Как давно вы занялись этой темой?

– После медицинского училища я поступила в мединститут и параллельно работала медсестрой в хирургическом отделении. Там я часто общалась с онкологическими больными, и каждый говорил о том, как ему хочется жить – хотя бы еще несколько лет. Мне уже тогда стало ясно, что та же, например, химиотерапия помогает далеко не всем, высока вероятность прогрессирования заболевания, и надо что‑то делать, искать то, что сможет помочь этим людям. Я стала эту тему исследовать, на втором курсе института поняла, что следует сосредоточиться на иммунной системе, которая отвечает за многие изменения в организме, в том числе за борьбу с инфекционными, аутоиммунными и онкологическими заболеваниями. Так я стала изучать иммунологию. После института по распределению Минздрава я попала в НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова. Специальности иммунолога тогда, конечно, не существовало, поэтому я занялась наукой. Параллельно работала в 31‑й городской больнице, где позже возглавила лабораторию иммунологии – там пришлось работать с клетками костного мозга, используемыми сегодня при изготовлении дендритно‑клеточных вакцин. И когда в 1998 году мне предложили войти в научную группу в НИИ онкологии в качестве иммунолога, я не раздумывая согласилась.

– Почему иммунология стала интересна НИИ онкологии?

– Минздрав выделял средства на научную работу института, а так как направление было признано перспективным, его постоянно поддерживали. В развитие темы вкладывал собственные средства и сам НИИ.

– А за рубежом в то время иммунотерапию изучали, практиковали?

– Из научной литературы я знала, что дендритными клетками занимаются в Париже в Онкологическом институте Густава Русси, и курирует там это направление Лоранс Зитвогель. Мы ей написали, пригласили в Петербург. Она приехала, посмотрела, дала множество дельных советов. Потом я отправилась на стажировку в ее институт. Сама Зитвогель училась в Америке, где подобные лаборатории появились заметно раньше. Она рассказывала, как трудно было организовать ее лабораторию в Париже, притом что работала она на том этапе только с дендритными клетками подопытных мышей. Первые человеческие дендритные клетки в лаборатории Зитвогель получили к 2000 году, параллельно с нами. Так что можно сказать, что в Европе НИИ им. Н.Н. Петрова был в этой тематике одним из первых, а в 2003‑2004 годах это удалось сделать коллегам из РОНЦ им. Н.Н. Блохина.

– Какие практические результаты принесли ваши исследования на сегодняшний день?

– То есть дендритно‑клеточная вакцина под действие 180‑ФЗ не подпадает?

– Нет. По идее, производство и применение таких вакцин должны регулироваться отдельным законом – о минимально манипулируемом клеточном продукте. Такого документа пока нет, и неизвестно, когда он появится. Дело в том, что 180‑ФЗ распространяется на клеточные линии, которые получаются в результате размножения в лаборатории, а у нас они скорее созревают в лабораторных условиях – мы их учим распознавать опухолевые антигены. Тот самый закон, которого пока нет, должен будет распространяться на все виды трансплантации костного мозга, не подпадающей под действие 180‑ФЗ. Получается, две наши дендритные вакцины – единственные легитимно используемые у нас в стране: на их применение есть разрешение Росздравнадзора, а 180‑ФЗ на них не распространяется. Все остальные существующие в отрасли продукты (включая другие наши разработки), подпадающие под действие 180‑ФЗ, пока не зарегистрированы и применяться не могут. Причем у некоторых коллег были подобные нашим разрешения Росздравнадзора на использование клеточных технологий – в косметологии, комбустиологии, но с появлением 180‑ФЗ, пусть толком и не работающего, их применение стало невозможным.

– Как ваши вакцины работают?

– С 1998 года мы пролечили более 700 человек. Основные профили и локализации – меланома, саркома мягких тканей, рак кишечника, молочной железы, почек. Все эти новообразования являются иммуногенными. Когда уже появляются метастазы, тогда этих иммуногенных антигенов становится все больше. Так что наша вакцина рассчитана на пациентов с исчерпанными возможностями. Удается продлить их жизнь как минимум на год.

– То есть полностью излечиться с помощью дендритно‑клеточной вакцины нельзя?

– У нас есть в практике такие случаи, например, при меланоме. Есть пациенты, которые продолжают лечение в течение 10 лет – болезнь отступила, но сохранился риск, что заболевание вернется и вернется в иной форме. Бывало, пациент полностью излечился от саркомы мягких тканей, а через четыре года у него появились метастазы в головном мозге. Клетки скрылись от иммунной системы, в какой‑то момент активизировались и спровоцировали рецидив, который оказался крайне агрессивным. Именно поэтому мы не только проводим иммунотерапию, но и в целом занимаемся иммунной системой пациента. Обычно иммунитет истощен, его надо восстанавливать, чтобы у клеток появились силы отвечать на наше лечение. Это не так просто, система может заработать через месяц, а может и через два‑три.

– Есть мнение, что методики, подобные вашей, следует использовать на более ранних стадиях онкозаболеваний, не подвергая пациента лучевой и химиотерапии. Что вы по этому поводу думаете?

В нашем центре прием ведут пять таких специалистов. К нам приходит пациент, и мы определяем, что ему необходимо – можно ли сейчас подключить ему иммунотерапию. То есть мы уже на том клиническом пути, о котором вы говорите.Что является препятствием? К сожалению, и консультации, и сама иммунотерапия осуществляются только на платной основе. Пока у государства нет возможности поддерживать это направление. Хотя иммунотерапию можно было бы использовать в качестве высокотехнологичной медицинской помощи. Мы подавали наши протоколы в Минздрав, но нам ответили: надо дождаться появления закона о минимально манипулируемых клеточных продуктах. При этом иммунотерапия нисколько не дороже некоторых онкопрепаратов.

– Каково, по вашим расчетам, соотношение стоимостей этих методик?

– Например, первая линия химиотерапии при саркоме мягких тканей недорогая. А вот совокупные затраты на вторую линию химиотерапии в целом по России достигают от 0,4 до 4,1 млрд рублей в год. Такая вилка связана с разницей в цене препаратов. Вакцину близко не сравнить по стоимости – это 43 тысячи рублей за одно введение. Как правило, пациенты лечатся в течение первого года ежемесячно, второго года – раз в три месяца, и третьего – раз в полгода. А дальше уже остается только наблюдение. Мы удешевили весь процесс до минимума, отработана каждая доза. У нас даже диссертационная работа на эту тему есть.

– За счет чего курс лечения можно удешевить? Более точно рассчитывать дозы?

– Опытным путем мы стали уменьшать дозу вакцины, смотреть, при каком ее минимальном объеме сохраняется активность клеток, какие нужны для этого внешние условия. Можно сэкономить на компонентах вакцины. Например, ростовой фактор – это отдельный препарат, который сегодня уже производится и в России. Питательных, культуральных сред, факторов дифференцировки недостаточно, если их будет больше, мы сможем еще снизить стоимость курса лечения. Среды, например, мы покупаем в Германии. Хорошо бы иметь отечественный аналог. Еще одна проблема – расходные материалы из пластика: мы используем импортные изделия, потому что у нас их выпуск не налажен.

– Как пациенты вас находят? Вы вкладываетесь в продвижение?

– Нет, здесь работает так называемое сарафанное радио. Пациенты и их родственники очень много общаются друг с другом, много читают, ищут варианты. Очень многие уезжают на такое лечение за рубеж, например, в Израиль, а когда у них кончаются деньги, им говорят, что то же самое можно сделать в Санкт‑Петербурге.

– Куда, помимо Израиля, уезжают лечиться российские пациенты?

– Германия, Канада, США, Япония. Везде это очень дорого. И наша задача в том, чтобы это направление у нас не свернулось из‑за банального отсутствия госфинансирования, работающих законов и так далее.

– Вы рассматриваете в перспективе создание на базе НМИЦ онкологии лаборатории полного цикла, способной обеспечивать вакцинами другие клиники?

– Конечно, такие планы есть. Но в нынешних неопределенных условиях мы пока можем только объединиться с коллегами. В ближайшее время мы организуем Ассоциацию биомедицинских клеточных продуктов, как раз призванную развивать полный цикл производства, – ради снижения стоимости вакцин и других продуктов. В Петербурге есть почти все для этого – я имею в виду предприятия, которые производят компоненты для вакцины. Для организации полного цикла нужно лицензировать производство, получить сертификат GMP, все это требует для начала нормативного обоснования, а затем финансов. Сейчас готовится Национальная программа по борьбе с онкозаболеваниями, надеюсь, и на наше направление получится изыскать средства.

– У ассоциации уже есть конкретные предложения по развитию отрасли?

– Да, мы подготовили целый пакет различных уточнений и предложений. Важно обозначить в подзаконных актах, каким образом будет осуществляться лицензирование производства, какие требования следует предъявлять к средам и самому продукту, какую подготовку должны иметь биотехнологи. Кроме того, мы предлагаем Минздраву сохранить уже существующие наработки. Важно, чтобы нас не отбросили снова на экспериментальную стадию. Проверить еще раз эффективность разработок можно, главное, чтобы в целом процесс не останавливался.

– Когда вы ожидаете принятия закона о минимально манипулируемых клеточных продуктах?

– Мы понимаем, что документ будет принят в обозримом будущем, и надеемся, что он будет более тщательно проработан, чем 180‑ФЗ. Мы в любом случае сделаем все, чтобы ему соответствовать. Но самым важным остается вопрос финансирования. Как обычно бывает? Научное учреждение разрабатывает и передает компетенции клинике или фармкомпании. Мы не против такого пути, но необходимо, чтобы разработки и их авторы достойно финансировались. Зарплаты в науке и в практической сфере кратно разнятся, и не в пользу ученых. А мы готовим специалистов не для того, чтобы они куда‑то ушли. Мы не бедствуем, зарабатываем как можем сами, также лаборатория получает дополнительные средства из бюджета Центра, но тем не менее.

Работа требует предельной внимательности

К беде привела обычная родинка

- И тогда врачи нашего института применили разработанную ими новую методику, направленную на усиление иммунной системы самого пациента: ввели в организм клеточную вакцину, - рассказывает пресс-аташе НИИ онкологии имени Н.Н. Петрова Ирина Столярова . – За год провели двенадцать вакцинаций, достигнув очень хорошего результата: опухоль перестала расти. Хотя Татьяна по-прежнему находится под наблюдением наших специалистов, она сейчас может вести привычный для нее образ жизни.

Злокачественные клетки хитры и коварны

Вакцину делают вручную

Врачи института - за изготовлением вакцины

Отметим, что вакцину фактически делают вручную. Это сложная, требующая высокой квалификации работа.

Методика проверена временем

Долгожданный закон

Фармацевтические препараты

Сегодня также существуют фармацевтические препараты, направленные на восстановление иммунной системы. Но они чрезвычайно дороги – стоимость курса может доходить до четырех миллионов рублей, а помогают далеко не всем. Кроме того, эти препараты токсичны, использовать их нужно очень осторожно.

Традиционные методы постепенно уступают место инновационным технологиям в лечении рака, которые стали более персонализированными, эффективными и безопасными.

Традиционные методы, такие как химиотерапия и лучевая терапия, остаются основой лечения, но во многих случаях отсутствует целенаправленный подход, поэтому больные оказываются жертвами лекарственной устойчивости рака.

В последние годы появились новые концепции для улучшения традиционных вариантов лечения, характеризующихся низкими показателями выживаемости.

Инновационные терапевтические стратегии, затрагивающие энергетические процессы раковых клеток, внеклеточные везикулы и синтез белка, а также достижения иммунотерапии и наномедицины, открывают путь следующему поколению методов лечения рака.

Развитие таких областей, как тераностика в наномедицине, также создает основы для адресной доставки лекарств и нановизуализации. Предлагаем несколько многообещающих открытий, презентованных на съезде Ирландской ассоциации исследований рака (IACR).

В своих высокопроизводительных исследованиях геномика, протеомика, метаболомика, транскриптомика используют новые технологии для создания огромных наборов данных, которые разрабатываются с еще большей специфичностью и ценностью.

Потенциал рутинных диагностических технологий, включая магнитно-резонансную томографию (МРТ), компьютерную томографию, позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и иммуногистохимический анализ, полностью раскрывается благодаря распространению современной радиомики и патомики.

Наномедицина использует возможности нанотехнологий для улучшения доставки лекарств, фармацевтических свойств, визуализации и диагностики, закладывая основы тераностики.

Способность выделять, характеризовать и функционально фенотипировать внеклеточные везикулы в нанометровом масштабе открывает новые возможности для терапевтического и диагностического использования межклеточных РНК, ДНК и белковых носителей.

Обработка тканей и высокопроизводительная автоматическая флуориметрия лежат в основе новых инструментов, таких как BH3-профайлинг, для прогнозирования клеточного ответа на химиотерапевтические агенты.

Концепция сенсибилизации раковых клеток к радиотерапии рассматривается в течение почти 50 лет: были созданы эффективные малые молекулы (имитаторы кислорода), макромолекулы (miRNA, siRNA, пептид) и радиосенсибилизаторы на основе наноматериалов.

Наномедицина в лечении рака

В последние годы развитие наномедицины продемонстрировало большие перспективы как для получения высококачественных изображений, так и для лечения онкозаболеваний.

Наномедицина — это форма нанотехнологии, применяемых в биомедицинской области, где сконструированные наночастицы (НЧ) с размерами менее 100 нм используются для лечения заболеваний, прежде всего злокачественных опухолей.

Что касается традиционной терапии рака, такие умные и высокотехнологичные НЧ обеспечивают преимущества в пассивном или активном нацеливании лекарств с высокой растворимостью, биодоступностью, биосовместимостью и многофункциональностью.

Эти наночастицы могут быть использованы в мультимодальной терапии. Было разработано несколько видов интеллектуальных НЧ для адресной доставки лекарств-ингибиторов важных клеточных мишеней и в качестве инструментов для получения наноизображений.

Только недавно европейскими исследователями было предложено использовать комбинацию как терапии, так и диагностики с использованием одной и той же наночастицы, что позволило ввести понятие тераностики в область наномедицины.

Основная концепция заключается в том, чтобы получить многофункциональную наночастицу, способную выполнять визуализацию и диагностику на месте работы (внутри организма пациента), то есть самостоятельно искать раковые клетки, а затем убивать их.

Лечение, возможно, будет проводиться в рамках мультимодального подхода. Например, комбинируя доставку лекарств и генов с внешними стимулами, такими как гипертермальная, фототермическая или фотодинамическая (ФДТ) терапия, таким образом воздействуя на раковые клетки одновременно с нескольких сторон.

Высокая коллоидная стабильность в биологических жидкостях, способность селективного нацеливания и полное биоразложение — это важнейшие особенности, присущие для новых высокотехнологичных наноплатформ тераностики.

Интеллектуальные наночастицы в онкологии

Профессор Валентина Кауда и ее коллеги из Отделения прикладной науки и технологии Политехнического университета Турина (Италия) пару лет назад сообщили подробности в отношении интеллектуальных наночастиц, которые были способны эффективно визуализировать и убивать раковые клетки in vitro.

Сначала были даны сведения о наночастицах кремнезема с высокопористыми структурами и крошечными нанопорами диаметром 3–4 нм, то есть наночастиц мезопористого кремнезема.

Этим частицам (MSN) можно придать требуемые химические свойства, чтобы демонстрировать коллоидное и антитромбогенное поведение в биологических жидкостях, предотвращая нежелательную агрегацию или раннюю биодеградацию, и направляя на злокачественные клетки.

Кроме того, MSN способны нести противораковые лекарственные средства или репортеры флуоресцентных молекул как для доставки лекарств, так и для молекулярной визуализации требуемых участков ткани без проведения биопсии.

Особое внимание ученые уделяют новой многофункциональной наночастице на основе плотного нанокристаллического ядра из оксида металла (цинка), защищенного липидным бислоем. Она является очень стабильной в биологических средах в долгосрочной перспективе, что позволяет вводить препарат в кровоток.

Сообщалось, что терапевтические возможности этих наночастиц зависят не от доставки лекарств, а от механизма реагирования на внешние стимулы.

Стимуляция ультрафиолетовым светом в течение нескольких секунд (фотодинамическая терапия) может возбуждать нанокристаллические частицы и генерировать внутриклеточно высокотоксичные активные формы кислорода (АФК) для лечения рака.

Первые тесты на цитотоксичность "бессмертных" клеток Hela показали, что процент гибели раковых клеток составляет 65–80%, когда наночастицы стимулируются с помощью света.

Не наблюдалось влияния на жизнеспособность опухолевых клеток после самостоятельного воздействия УФ-излучения или использования наночастиц без стимуляции.

Эти результаты показывают многообещающую роль высокотехнологичных и функционализированных наночастиц для лечения и молекулярной визуализации.

Однако глобальный успех лечения на основе инструментов наномедицины может быть достигнут только при глубоких знаниях биологии опухолей, маркеров и микросреды.

Радиомика и патомика

Традиционная биология обычно пытается анализировать заболевания на молекулярном уровне и изучать их по частям, полагая, что сумма знаний по частям поможет объяснить болезнь в целом. Данная стратегия редко оказывалась успешной, когда дело доходило до причин и способов лечения сложных онкозаболеваний.

Поэтому системный подход представляется лучшей стратегией для изучения и понимания комплексной сущности.

Этот подход учитывает множество взаимосвязанных переменных:

• как профиль экспрессии генов
• опухолевая клеточная архитектура
• особенности опухолевой микросреды (гистология)
• трехмерная архитектура ткани и васкуляризация (МРТ с контрастным усилением)
• метаболические особенности (наблюдаемые при МР-спектроскопии или ПЭТ).

Только полный набор этих сложных и многогранных данных позволяет исследователям идентифицировать конкретный фенотип заболевания.

Профессор Анант Мадабхуши, директор Центра вычислительной визуализации и персонализированной диагностики (CCIPD) в Университете Кейс Вестерн Резерв, представил ряд инструментов для интеграции и сопоставления биологических данных, охватывающих различные пространственные и временные масштабы, модальности и функциональность.

Ученые применяли компьютеризированные методы анализа признаков для извлечения субвизуальных атрибутов и характеристики внешнего вида и поведения заболевания на рентгенограммах (радиомика) и оцифрованных изображениях (патомика).

На съезде IACR в 2018 профессор Мадабхуши представил ряд примеров применения радиомики и патомики для прогнозирования исхода заболевания, рецидива, прогрессирования и ответа на терапию, о которых сообщается ниже.

Группа профессора Мадабхуши разрабатывает компьютеризированные инструменты оценки риска на основе цифровых микрофотографий тканей для прогнозирования результатов и стратификации риска рака простаты, рака молочной железы и р16 + рака ротоглотки.

В частности, полученные при анализах оцифрованных изображений биомаркеры рака молочной железы, положительных по эстрогеновым рецепторам (ER +), коррелировали с Oncotype DX, тестом за $4000 для стратификации риска рака молочной железы.

Следовательно, этот подход может дополнить – а в некоторых случаях устранить – необходимость в дорогих молекулярных анализах для персонализации лечения.

Дескриптор CoLlAGe успешно применяется для выявления радиационного некроза (доброкачественного эффекта лучевой терапии) и рецидива рака по обычному МРТ.

В настоящее время рентгенологи не могут выявить эти проблемы с помощью МРТ. В результате тысячи пациентов с радиационным некрозом вынуждены пройти ненужные биопсии черепа, чтобы подтвердить отсутствие рака.

В минувшем году Мадабхуши презентовал новый биоинформационный алгоритм, чтобы объединить паттерны заболевания (выявленные путем гистологической визуализации) с протеомными данными. Это приводит к лучшим показателям стратификации риска заболевания и более точной оценке реакции на лечение.

Эти методы были успешно применены для прогнозирования рецидива у мужчин с раком предстательной железы. Было показано, что комбинированный предиктор изображений и омических данных является более точным по сравнению с другими опциями.

Усовершенствованная лучевая терапия рака

Лучевая терапия является основным методом лечения для 50% больных раком, и уступает только хирургии. Однако биологические механизмы, обеспечивающие радиорезистентность межклеточного и внутриклеточного типа недостаточно изучены.

Важность митохондрий и их связи с радиационной стойкостью опухолей актуальны в литературе. В течение последнего десятилетия продемонстрировано, что многочисленные подходы, которые избирательно нацеливаются на раковые клетки благодаря их митохондриальным дефектам, оказывают противоопухолевое действие.

Гипотетически, наиболее эффективными методами митохондриальной терапии будут те, которые действуют на процессы в митохондриях, связанные с ключевыми особенностями неопластического фенотипа.

Повреждение митохондрий находится на пересечении между нормальным метаболизмом и регуляцией апоптоза, являясь направлением разработки новых методов борьбы с раком.

Вещества, которые регулируют функцию и метаболизм митохондрий и повышают чувствительность к индукции апоптоза, могут стать противоопухолевыми агентами.

Группа профессора О'Салливана из Института трансляционной медицины Тринити (Дублин) уделяет особое внимание пониманию роли митохондрий и энергетического обмена в моделях радиационной устойчивости рака пищевода.

Мультимодальный подход к лечению этого заболевания включает неоадъювантное лечение (перед хирургическим вмешательством) с использованием химиотерапии и комбинированной химиолучевой терапии для локально распространенных опухолей.

К сожалению, только 30% пациентов демонстрируют положительный ответ; 70% пациентов получают высокотоксическую терапию без заметного клинического результата. Эти больные неоправданно поздно подвергаются хирургической операции, что может отрицательно сказываться на показателях выживаемости.

Используя изогенную модель радиорезистентности рака пищевода, ирландские ученые показали, что стойкость к радиации связана с изменением структуры и размера митохондрий.

Случайные митохондриальные мутации и изменение метаболического профиля отличается определенной пластичностью, поэтому раковые клетки эффективно переключаются между путями энергетического метаболизма при помощи гликолиза и окислительного фосфорилирования с повышением клоногенной выживаемости.

Уровни случайных митохондриальных мутаций и измененные метаболические профили продемонстрировали метаболическую пластичность, эффективно. In vivo, используя образцы пациентов, врачи могут оценить энергетический метаболизм раковых клеток по уровню субъединицы бета-АТФ-синтазы F1 (ATP5B) и определить вероятность ответа на неоадъювантную химиолучевую терапию.

В рамках программы по поиску лекарств для желудочно-кишечного тракта профессор О'Салливан выявил и запатентовала новый радиосенсибилизатор с двойной антиметаболической и антиангиогенной активностью.

Используя модель рыбок данио in vivo и модели аденокарциономы пищевода человека ex vivo, они показали, что этот низкомолекулярный ингибитор может значительно снизить как метаболическую, так и антиангиогенную активность параллельно с увеличением радиочувствительности злокачественной опухоли.

Важно отметить, что действие этой новой небольшой молекулы также эффективно в условиях гипоксии. В настоящее время продолжаются испытания радиосенсибилизатора в схемах неоадъювантной терапии желудочно-кишечных злокачественных новообразований.

Применение клеточного стресса в борьбе с опухолями

Клеточный стресс необходим для подавления злокачественных опухолей.

Ответы на стресс, опосредованные контрольными точками в сложных сигнальных путях, позволяют клеткам вовремя восстанавливать повреждения, вызванные серией потенциально опасных событий (включая нарушение пролиферации и дефицит нутриентов).

Если повреждение не может быть восстановлено, клетки могут инициировать остановку клеточного цикла или активировать механизмы апоптоза в качестве защитной меры.

Использование этих клеточных стрессовых реакций в противоопухолевой терапии может замедлить рост, а также вызвать массовую гибель раковых клеток.

Эндоплазматический ретикулум (ER) является основным местом складывания и "контроля качества" белка в клетке. Опухолевые клетки должны преодолеть мощные стрессовые реакции эндоплазматического ретикуллума, чтобы получить шанс на выживание.

Но даже когда это происходит, опухолевая клетка может оставаться уязвимой для современных методов лечения. Доктор Эрик Шевет из Центра борьбы с раком Университета Ренна продемонстрировали, что стресс ER и реакция несвернутых белков (UPR) играют ключевую роль в развитии мультиформной глиобластомы (GBM).

Мультиформная глиобластома — тяжелая форма первичного рака мозга, на которую приходится более 15% всех опухолей головного мозга. Несмотря на агрессивное лечение, включающее хирургическую резекцию и лучевую или химиотерапию, выживаемость пациентов после постановки диагноза в среднем 15 месяцев.

Доктор Шевет обнаружил, что ER стресс-сенсор IRE1-альфа (именуемый IRE1) способствует прогрессированию GBM, влияя как на инвазию тканей, так и на васкуляризацию опухоли.

Соматические мутации в гене IRE1 были выявлены при глиобластоме и других формах рака.

Используя преимущества специфической РНК-азы IRE1, вовлеченной в различные мутации, связанные с глиобластомой, ученые нашли уникальные сигнатуры экспрессии, которые затем были изучены в контексте транскриптомов GBM человека.

Этот подход позволил Шевету продемонстрировать антагонистическую роль сплайсинга мРНК XBP1 и RIDD в исходах заболевания. Оказалось, что ось IRE1 / XBP1 обеспечивает секрецию провоспалительных хемокинов опухолевыми клетками, тем самым способствуя привлечению макрофагов, клеток микроглии и нейтрофилов.

Исследование впервые демонстрирует двойную роль передачи сигналов IRE1 при раке и открывает новое терапевтическое окно для остановки прогрессирования глиобластомы.

Стрессовые реакции эндоплазматического ретикулума, а также механизм сигналинга UPR и IRE1 могут быть ценными мишенями для разработки терапевтических средств, однако до их полного изучения и практического применения потребуется немало времени.

Внеклеточные везикулы как терапевтическая стратегия

Профессор Клотильде Тери (Институт Кюри, Франция) сообщает о ярком молекулярном и функциональном разнообразии экзосом и других внеклеточных везикул, которые образуют сложные связи между опухолью и иммунной системой.

Клетки выделяют различные типы внеклеточных везикул (EV) в свою среду. Каждая везикула наделена особыми свойствами в зависимости от их внутриклеточного места происхождения.

Экзосомы являются подтипом везикул со средним диаметром менее 150 нм, которые образуются внутри мультивезикулярных компартментов эндоцитарного пути.

Было показано, что экзосомы, секретируемые дендритными клетками, несут молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС) класса I и II, способные активировать родственные Т-лимфоциты и индуцировать противоопухолевый иммунный ответ.

Эти результаты мотивировали ученых на использование полученных из дендритных клеток экзосом в клиническим испытаниях по лечению рака, хотя и со скромными результатами.

Другие EV также несут иммунные молекулы и могут представлять собой альтернативные инструменты иммунотерапии рака, но для определения терапевтической роли необходимо провести сравнение их биохимических и функциональных свойств.

Обширный протеомный анализ выявил вещества, которые применяют для идентификации экзосом (MHC, flotillin, HSP70) в качестве общих маркеров внеклеточных экзосом.

Эти и другие инновационные технологии в лечении рака, такие как РНК-интерференция, помогут в ближайшие годы совершить прорывы борьбе с трудноизлечимыми опухолями.

Константин Моканов: магистр фармации и профессиональный медицинский переводчик

Читайте также: