Ultra-precise 3D mapy rakovinných buněk odhalují tajemství růstu nádoru

Ultra-precise 3D mapy rakovinných buněk odhalují tajemství růstu nádoru

Podrobné mapy, které přesně zobrazují umístění buněk v nádorech a zkoumají biologii nádorů, nabízejí nové poznatky o vývoji několika typů rakoviny - včetně rakoviny prsu, tlustého střeva a pankreatu - a mohly by poskytnout vodítko pro potenciální léčbu.

V Série 12 studií, publikované 30. října v časopise Nature, vědci z lidského nádoru Atlas Network (HTAN) analyzovali stovky tisíc buněk z lidské a zvířecí tkáně. Některé studie popisují 3D mapy buněk - známé jako buněčné atlasy - U nádorů, zatímco jiní vytvářejí „molekulární hodiny“, které sledují buněčné změny, které vedou k rakovině.

„Použití těchto nových nástrojů na rakovinu nám umožňuje podívat se na to z jiné perspektivy,“ říká Ken Lau, výpočetní biolog ve Vanderbilt University Medical Center v Nashvillu, Tennessee a spoluautor studie dokumentující časový průběh buněčných událostí ve vývoji kolorektálního rakoviny 1. "Ve skutečnosti můžeme vidět věci, které jsme předtím neviděli."

Mapování nádorů

V některých studiích vědci vytvořili atlasy, které jim umožnily studovat nádory na úrovni jedné buňky a zkoumat, jak se rakovina vyvíjí. Tým analyzoval organizaci buněk ve 131 vzorcích ze šesti různých typů rakoviny, včetně nádorů prsu, tlustého střeva, pankreatu a ledvin 2. Vědci zjistili, že různé oblasti stejného nádoru by mohly na drogy reagovat odlišně. Pochopení toho, jak různé buněčné skupiny reagují na léčbu, by mohlo pomoci vyvinout účinnější terapie.

Jiné studie použily 3D mapování k prozkoumání vzorků polypů tlustého střeva - abnormální růst ve střevní podšívce, která se může stát rakovinovým. Identifikovali molekulární změny v buňkách polypů, včetně ztráty spojení DNA a změn v genové aktivitě 3, stejně jako změny v imunitní odpovědi, růstu buněk a metabolismu hormonu 4, což může nastat brzy a způsobit, že se buňky polypu staly maligní.

Terapie, které se zaměřují na tyto změny, by mohly zefektivnit léčbu rakoviny a včasné zdravotní intervence, říká Ömer Yilmaz, biolog kmenových buněk na Massachusetts Institute of Technology v Cambridge. „Nejlepší léčba rakoviny je prevence. A pokud dokážeme pochopit, jak různé buněčné populace reagují na životní prostředí a stravu, jak to ovlivňuje tumorigenezi a jak různé klony k tomuto procesu přispívají k lepší prevenci nebo detekci.“

Vhled do imunity

Jiné atlasy poskytují stopy, proč je některé rakoviny obtížnější léčit než jiné. „Nádory nejsou jen tvořeny rakovinnými buňkami,“ říká Daniel Abravanel, lékař vědec v Dana-Farber Cancer Institute v Bostonu, Massachusetts a spoluautor studie o rakovině prsu 5. Například imunoterapie, které přímo nezaměřují na rakovinné buňky, ale podporovat imunitní systém, aby je odstranil, Méně účinný proti rakovině prsu než jiné typy rakoviny, dodává.

Abychom zjistili, proč Abravanel a jeho kolegové vytvořili 3D nádorový atlas pomocí desítek vzorků od 60 lidí s agresivními formami rakoviny prsu. Podívali se na to, jak byly imunitní buňky distribuovány, a zjistili, že některé typy imunitních buněk byly běžnější u některých nádorů, zejména u lidí, kteří dostali imunoterapii.

U tří lidí vykazovaly biopsie odebrané ze stejného nádoru 70-220 dnů od sebe rozdíly v množství imunitních buněk známých jako T buňky a makrofágy. Ve dvou případech se počet těchto buněk v průběhu času snížil, zatímco ve třetím případě se zvýšil.

„To opravdu ukazuje, jak dynamické je imunologické mikroprostředí a může vysvětlit, proč se pokusy charakterizovat nádory a předpovídat reakce na imunitní kontrolní bodové terapie z biopsie v jednom časovém bodě přinesly nekonzistentní výsledky,“ říká Brian Lehmann, výzkumník rakoviny prsu, který se specializuje na genomiku v Vanderbilt-Ingram Cancer Center.

V jiné studii vědci zjistili, že některé agresivní podtypy rakoviny prsu obsahovaly více imunitních buněk než jiné a zdálo se, že se v průběhu času „ztlumily“ 6. Tyto buňky exprimovaly protein zvaný CTLA4, což omezuje jejich schopnost reagovat na nádory. Terapie zaměřené na CTLA4 prokázaly slibné výsledky v léčbě melanomu a rakoviny plic. "Tím se otevírá další možnosti pro použití této terapie v podskupině rakovin prsu," říká Lehmann.

CRISPR Watch

Jiné experimenty ukazují, jak se buňky stávají rakovinnými buňkami na prvním místě. Ve studii kolorektálního karcinomu Lau a jeho kolegové vyvinuli „molekulární hodiny“, aby sledovali, jak normální buňky začnou nekontrolovatelně proliferovat ve střevě 1. K vytvoření mutací v DNA každé buňky použili analýzu s jedním buňkami a nástroj pro editaci genů (CRISPR). Tyto mutace fungovaly jako časové známky a dokumentovaly průběh změn a divizí každé buňky.

Lau a jeho tým použili tento přístup na 418 lidských polypů tlustého střeva a zjistili, že až 30% polypů pocházelo spíše z více typů buněk než z jedné buňky. U 60% polypů jedna skupina buněk začala „předjíždět“ ostatní, když polyp rostl - což vedlo k tvorbě nádoru. Dvě podobné studie u myší 7, 8, včetně analýzy 260 922 jednotlivých buněk ze 112 vzorků střevní tkáně, také ukázala, že směs buněk společně iniciuje kolorektální nádory.

Tyto výsledky zpochybňují předchozí myšlení, že rakovina tlustého střeva vychází z jednotlivých neregulovaných buněk ve střevním podšívku a může otevřít nové příležitosti pro včasnou diagnózu a zásah.

"K posouzení rizika [prekancerových růstů], lidé používají velikost. Čím větší je nádor, tím vyšší je riziko," říká Lau. Molekulární hodiny a další analýzy však ukazují, že „mohou existovat i jiné biomarkery, které zahrnují genetiku a evoluci“.

1. Islám, M. a kol. Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-07954-4 (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

2. Mon, C.-K. et al. Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-08087-4 (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

3. Zhu, Y. a kol. Rakovina přírody https://doi.org/10.1038/S43018-024-00823-Z (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

4. Esplin, E.D. et al. Rakovina přírody https://doi.org/10.1038/S43018-024-00831-Z (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

5. Klughammer, J. et al. Nature Med. https://doi.org/10.1038/S41591-024-03215-Z (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

6. Iglesia, M. D. a kol. Rakovina přírody https://doi.org/10.1038/S43018-024-00773-6 (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

7. Sadien, I.D. et al. Nature https://doi.org/10.1038/S41586-024-08053-0 (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

8. Lu, Z. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08133-1 (2024).

   Článek
   
   Google Scholar

Stáhnout odkazy