Εξαιρετικά ακριβείς τρισδιάστατοι χάρτες καρκινικών κυττάρων αποκαλύπτουν τα μυστικά της ανάπτυξης του όγκου

Εξαιρετικά ακριβείς τρισδιάστατοι χάρτες καρκινικών κυττάρων αποκαλύπτουν τα μυστικά της ανάπτυξης του όγκου

Λεπτομερείς χάρτες που απεικονίζουν με ακρίβεια τις θέσεις των κυττάρων στους όγκους και εξετάζουν τη βιολογία των όγκων προσφέρουν νέες ιδέες για την ανάπτυξη αρκετών τύπων καρκίνου - συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του μαστού, του παχέος εντέρου και του παγκρέατος - και θα μπορούσαν να παρέχουν ενδείξεις για πιθανές θεραπείες.

Σε μια σειρά από 12 μελέτες, που δημοσιεύθηκε στις 30 Οκτωβρίου στο περιοδικό Nature, ερευνητές από το Δίκτυο Ανθρώπινου Όγκου Άτλαντα (HTAN) ανέλυσαν εκατοντάδες χιλιάδες κύτταρα από ανθρώπινο και ζωικό ιστό. Μερικές από τις μελέτες περιγράφουν 3D χάρτες κυττάρων – γνωστοί ως άτλαντες κυττάρων – στους όγκους, ενώ άλλοι δημιουργούν «μοριακά ρολόγια» που παρακολουθούν τις κυτταρικές αλλαγές που οδηγούν στον καρκίνο.

«Η εφαρμογή αυτών των νέων εργαλείων στον καρκίνο μας επιτρέπει να τον δούμε από μια διαφορετική οπτική γωνία», λέει ο Ken Lau, υπολογιστικός κυτταρικός βιολόγος στο Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου Vanderbilt στο Νάσβιλ του Τενεσί, και συν-συγγραφέας μιας μελέτης που τεκμηριώνει τη χρονική πορεία των κυτταρικών γεγονότων στην ανάπτυξη του καρκίνου του παχέος εντέρου. 1. «Μπορούμε πραγματικά να δούμε πράγματα που δεν μπορούσαμε να δούμε πριν».

Χαρτογράφηση όγκων

Σε ορισμένες από τις μελέτες, οι ερευνητές δημιούργησαν άτλαντες που τους επέτρεψαν να μελετήσουν όγκους σε μονοκύτταρο επίπεδο και να διερευνήσουν πώς αναπτύσσεται ο καρκίνος. Μια ομάδα ανέλυσε την οργάνωση των κυττάρων σε 131 δείγματα από έξι διαφορετικούς τύπους καρκίνου, συμπεριλαμβανομένων των όγκων του μαστού, του παχέος εντέρου, του παγκρέατος και των νεφρών 2. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι διαφορετικές περιοχές του ίδιου όγκου θα μπορούσαν να ανταποκριθούν διαφορετικά στα φάρμακα. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο διαφορετικές κυτταρικές ομάδες ανταποκρίνονται στις θεραπείες θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών θεραπειών.

Άλλες μελέτες χρησιμοποίησαν τρισδιάστατη χαρτογράφηση για να εξετάσουν δείγματα πολυπόδων του παχέος εντέρου - μη φυσιολογικές αναπτύξεις στην εντερική επένδυση που μπορεί να γίνουν καρκινικές. Εντόπισαν μοριακές αλλαγές στα κύτταρα των πολυπόδων, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας συνδέσεων DNA και των αλλαγών στη γονιδιακή δραστηριότητα 3, καθώς και αλλαγές στην ανοσολογική απόκριση, την κυτταρική ανάπτυξη και τον μεταβολισμό των ορμονών 4, που μπορεί να εμφανιστεί νωρίς και να προκαλέσει κακοήθη εμφάνιση των πολυπόδων.

Οι θεραπείες που στοχεύουν αυτές τις αλλαγές θα μπορούσαν να κάνουν πιο αποτελεσματικές τις θεραπείες για τον καρκίνο και τις πρώιμες παρεμβάσεις στην υγεία, λέει ο Ömer Yilmaz, βιολόγος βλαστοκυττάρων στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στο Κέμπριτζ. "Η καλύτερη θεραπεία για τον καρκίνο είναι η πρόληψη. Και αν καταλάβουμε πώς ανταποκρίνονται διαφορετικοί κυτταρικοί πληθυσμοί στο περιβάλλον και τη διατροφή, πώς αυτό επηρεάζει την ογκογένεση και πώς διαφορετικοί κλώνοι συμβάλλουν σε αυτή τη διαδικασία, αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερες μεθόδους πρόληψης ή ανίχνευσης."

Πληροφορίες για την ανοσία

Άλλοι άτλαντες παρέχουν ενδείξεις για το γιατί ορισμένοι καρκίνοι είναι πιο δύσκολο να αντιμετωπιστούν από άλλους. «Οι όγκοι δεν αποτελούνται μόνο από καρκινικά κύτταρα», λέει ο Daniel Abravanel, γιατρός-επιστήμονας στο Dana-Farber Cancer Institute στη Βοστώνη της Μασαχουσέτης και συν-συγγραφέας μιας μελέτης για τον καρκίνο του μαστού. 5. Για παράδειγμα, ανοσοθεραπείες που δεν στοχεύουν άμεσα τα καρκινικά κύτταρα, αλλά υποστήριξη του ανοσοποιητικού συστήματος για την εξάλειψή τους, λιγότερο αποτελεσματικό κατά του καρκίνου του μαστού από άλλους τύπους καρκίνου, προσθέτει.

Για να μάθουν γιατί, ο Abravanel και οι συνεργάτες του δημιούργησαν έναν τρισδιάστατο άτλαντα όγκου με δεκάδες δείγματα από 60 άτομα με επιθετικές μορφές καρκίνου του μαστού. Εξέτασαν πώς κατανεμήθηκαν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος και διαπίστωσαν ότι ορισμένοι τύποι ανοσοκυττάρων ήταν πιο συνηθισμένοι σε ορισμένους όγκους, ιδιαίτερα σε άτομα που είχαν λάβει ανοσοθεραπεία.

Σε τρία άτομα, βιοψίες που ελήφθησαν από τον ίδιο όγκο με διαφορά 70-220 ημερών έδειξαν διαφορές στις ποσότητες των κυττάρων του ανοσοποιητικού που είναι γνωστά ως Τ κύτταρα και μακροφάγα. Σε δύο περιπτώσεις ο αριθμός αυτών των κυττάρων είχε μειωθεί με την πάροδο του χρόνου, ενώ στην τρίτη περίπτωση είχε αυξηθεί.

«Αυτό δείχνει πραγματικά πόσο δυναμικό είναι το ανοσολογικό μικροπεριβάλλον και μπορεί να εξηγήσει γιατί οι προσπάθειες χαρακτηρισμού όγκων και πρόβλεψης απαντήσεων σε θεραπείες ανοσολογικού σημείου ελέγχου από μια βιοψία σε ένα μόνο χρονικό σημείο έχουν αποδώσει ασυνεπή αποτελέσματα», λέει ο Brian Lehmann, ερευνητής καρκίνου του μαστού που ειδικεύεται στη γονιδιωματική στο Vanderbilt-Ingram Cancer.

Σε μια άλλη μελέτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ορισμένοι επιθετικοί υποτύποι καρκίνου του μαστού περιείχαν περισσότερα ανοσοκύτταρα από άλλους και φαινόταν να γίνονται «σίγαση» με την πάροδο του χρόνου. 6. Αυτά τα κύτταρα εξέφρασαν μια πρωτεΐνη που ονομάζεται CTLA4, η οποία περιορίζει την ικανότητά τους να ανταποκρίνονται στους όγκους. Οι θεραπείες που στοχεύουν το CTLA4 έχουν δείξει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα στη θεραπεία του μελανώματος και του καρκίνου του πνεύμονα. «Αυτό ανοίγει πρόσθετες δυνατότητες για τη χρήση αυτής της θεραπείας σε ένα υποσύνολο καρκίνων του μαστού», λέει ο Lehmann.

Ρολόι CRISPR

Άλλα πειράματα δείχνουν πώς τα κύτταρα γίνονται αρχικά καρκινικά κύτταρα. Στη μελέτη για τον καρκίνο του παχέος εντέρου, ο Lau και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν ένα «μοριακό ρολόι» για να παρακολουθεί πώς τα φυσιολογικά κύτταρα αρχίζουν να πολλαπλασιάζονται ανεξέλεγκτα στο έντερο. 1. Χρησιμοποίησαν ανάλυση ενός κυττάρου και ένα εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων (CRISPR) για να δημιουργήσουν μεταλλάξεις στο DNA κάθε κυττάρου. Αυτές οι μεταλλάξεις λειτουργούσαν ως χρονικές σημάνσεις, τεκμηριώνοντας την πορεία των αλλαγών και των διαιρέσεων κάθε κυττάρου.

Ο Lau και η ομάδα του εφάρμοσαν αυτή την προσέγγιση σε 418 ανθρώπινους πολύποδες του παχέος εντέρου και διαπίστωσαν ότι έως και το 30% των πολυπόδων προέρχονταν από πολλαπλούς τύπους κυττάρων και όχι από ένα μόνο κύτταρο. Στο 60% των πολυπόδων, μια ομάδα κυττάρων άρχισε να «προσπερνάει» άλλες καθώς ο πολύποδας μεγάλωνε – οδηγώντας στο σχηματισμό όγκου. Δύο παρόμοιες μελέτες σε ποντίκια 7, 8, συμπεριλαμβανομένης μιας ανάλυσης 260.922 μεμονωμένων κυττάρων από 112 δείγματα εντερικού ιστού, έδειξε επίσης ότι ένα μείγμα κυττάρων συλλογικά προκαλεί όγκους του παχέος εντέρου.

Αυτά τα αποτελέσματα αμφισβητούν την προηγούμενη σκέψη ότι ο καρκίνος του παχέος εντέρου προκύπτει από μεμονωμένα, μη ρυθμισμένα κύτταρα στην εντερική επένδυση και μπορεί να ανοίξει νέες ευκαιρίες για έγκαιρη διάγνωση και παρέμβαση.

"Για να εκτιμηθεί ο κίνδυνος [προκαρκινικών αναπτύξεων], οι άνθρωποι χρησιμοποιούν το μέγεθος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος, τόσο μεγαλύτερος ο κίνδυνος", λέει ο Lau. Αλλά το μοριακό ρολόι και άλλες αναλύσεις δείχνουν ότι «μπορεί να υπάρχουν και άλλοι βιοδείκτες που αφορούν τη γενετική και την εξέλιξη».

1. Islam, Μ. et al. Φύση https://doi.org/10.1038/s41586-024-07954-4 (2024).

   Αρθρο
   
   Google Scholar

2. Δευτ., Γ.-Κ. et al. Φύση https://doi.org/10.1038/s41586-024-08087-4 (2024).

   Αρθρο
   
   Google Scholar

3. Zhu, Υ. et αϊ. Nature Cancer https://doi.org/10.1038/s43018-024-00823-z (2024).

   Αρθρο
   
   Google Scholar

4. Esplin, E.D. et al. Nature Cancer https://doi.org/10.1038/s43018-024-00831-z (2024).

   Αρθρο
   
   Google Scholar

5. Klughammer, J. et al. Nature Med. https://doi.org/10.1038/s41591-024-03215-z (2024).

   Αρθρο
   
   Google Scholar

6. Iglesia, M.D. et al. Nature Cancer https://doi.org/10.1038/s43018-024-00773-6 (2024).

   Αρθρο
   
   Google Scholar

7. Sadien, I.D. et al. Φύση https://doi.org/10.1038/s41586-024-08053-0 (2024).

   Αρθρο
   
   Google Scholar

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

   Αρθρο
   
   Google Scholar

Λήψη παραπομπών