Suche
Mein Konto
Ultranauwkeurige 3D-kaarten van kankercellen onthullen de geheimen van tumorgroei
Ultranauwkeurige 3D-kaarten van kankercellen ontcijferen hoe tumoren groeien en bieden nieuwe benaderingen voor therapieën.
Ultranauwkeurige 3D-kaarten van kankercellen onthullen de geheimen van tumorgroei
Gedetailleerde kaarten die nauwkeurig de locaties van cellen in tumoren weergeven en de biologie van de tumoren onderzoeken, bieden nieuwe inzichten in de ontwikkeling van verschillende soorten kanker - waaronder borst-, darm- en pancreaskanker - en kunnen aanwijzingen geven voor mogelijke behandelingen.
In een reeks van twaalf onderzoeken, gepubliceerd op 30 oktober in het tijdschrift Nature, analyseerden onderzoekers van het Human Tumor Atlas Network (HTAN) honderdduizenden cellen uit menselijk en dierlijk weefsel. Sommige onderzoeken beschrijven 3D-kaarten van cellen – ook wel celatlassen genoemd – in tumoren, terwijl andere ‘moleculaire klokken’ creëren die de cellulaire veranderingen volgen die tot kanker leiden.
“Door deze nieuwe hulpmiddelen op kanker toe te passen, kunnen we er vanuit een ander perspectief naar kijken”, zegt Ken Lau, computationeel celbioloog aan het Vanderbilt University Medical Center in Nashville, Tennessee, en co-auteur van een onderzoek dat het tijdsverloop van cellulaire gebeurtenissen in de ontwikkeling van colorectale kanker documenteert. 1. “We kunnen dingen zien die we voorheen niet konden zien.”
Tumoren in kaart brengen
In sommige onderzoeken creëerden onderzoekers atlassen waarmee ze tumoren op eencellig niveau konden bestuderen en konden onderzoeken hoe kanker zich ontwikkelt. Een team analyseerde de organisatie van cellen in 131 monsters van zes verschillende soorten kanker, waaronder borst-, darm-, pancreas- en niertumoren 2. De wetenschappers ontdekten dat verschillende regio's van dezelfde tumor verschillend op medicijnen konden reageren. Inzicht in hoe verschillende celgroepen op behandelingen reageren, zou kunnen helpen effectievere therapieën te ontwikkelen.
Andere onderzoeken maakten gebruik van 3D-kartering om monsters van darmpoliepen te onderzoeken: abnormale gezwellen in de darmwand die kanker kunnen worden. Ze identificeerden moleculaire veranderingen in de cellen van de poliepen, waaronder verlies van DNA-verbindingen en veranderingen in genactiviteit 3, evenals veranderingen in de immuunrespons, celgroei en hormoonmetabolisme 4 Dit kan vroeg optreden en ervoor zorgen dat de poliepcellen kwaadaardig worden.
Therapieën die zich op deze veranderingen richten, kunnen kankerbehandelingen en vroege gezondheidsinterventies effectiever maken, zegt Ömer Yilmaz, stamcelbioloog aan het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. "De beste behandeling voor kanker is preventie. En als we kunnen begrijpen hoe verschillende celpopulaties reageren op de omgeving en het dieet, hoe dit de tumorigenese beïnvloedt, en hoe verschillende klonen bijdragen aan dit proces, zou dit kunnen leiden tot betere preventie- of detectiemethoden."
Inzichten in immuniteit
Andere atlassen geven aanwijzingen waarom sommige vormen van kanker moeilijker te behandelen zijn dan andere. "Tumoren bestaan niet alleen uit kankercellen", zegt Daniel Abravanel, arts-wetenschapper aan het Dana-Farber Cancer Institute in Boston, Massachusetts, en co-auteur van een onderzoek naar borstkanker. 5. Immunotherapieën die zich bijvoorbeeld niet rechtstreeks op kankercellen richten, maar het immuunsysteem ondersteunen om ze te elimineren, minder effectief tegen borstkanker dan andere soorten kanker, voegt hij eraan toe.
Om erachter te komen waarom, hebben Abravanel en zijn collega's een 3D-tumoratlas gemaakt met behulp van tientallen monsters van 60 mensen met agressieve vormen van borstkanker. Ze keken naar de verspreiding van immuuncellen en ontdekten dat sommige soorten immuuncellen vaker voorkomen bij bepaalde tumoren, vooral bij mensen die immunotherapie hadden gekregen.
Bij drie mensen vertoonden biopsieën genomen van dezelfde tumor met een tussenpoos van 70-220 dagen verschillen in de hoeveelheden immuuncellen die bekend staan als T-cellen en macrofagen. In twee gevallen was het aantal van deze cellen in de loop van de tijd afgenomen, terwijl het in het derde geval was toegenomen.
"Dit laat echt zien hoe dynamisch de immunologische micro-omgeving is en kan verklaren waarom pogingen om tumoren te karakteriseren en reacties op immuuncontrolepunttherapieën te voorspellen vanuit een biopsie op een enkel tijdstip inconsistente resultaten hebben opgeleverd", zegt Brian Lehmann, een borstkankeronderzoeker die gespecialiseerd is in genomica aan het Vanderbilt-Ingram Cancer Center in Nashville, Tennessee.
In een ander onderzoek ontdekten onderzoekers dat sommige agressieve subtypes van borstkanker meer immuuncellen bevatten dan andere en na verloop van tijd ‘gedempt’ leken te worden. 6. Deze cellen brachten een eiwit tot expressie, CTLA4 genaamd, dat hun vermogen om op tumoren te reageren beperkt. Therapieën gericht op CTLA4 hebben veelbelovende resultaten opgeleverd bij de behandeling van melanoom en longkanker. "Dit opent extra mogelijkheden voor het gebruik van deze therapie bij een subgroep van borstkankers", zegt Lehmann.
CRISPR-horloge
Andere experimenten laten zien hoe cellen in de eerste plaats kankercellen worden. In het onderzoek naar colorectale kanker ontwikkelden Lau en zijn collega's een 'moleculaire klok' om bij te houden hoe normale cellen zich ongecontroleerd in de darm beginnen te vermenigvuldigen. 1. Ze gebruikten eencellige analyse en een tool voor het bewerken van genen (CRISPR) om mutaties in het DNA van elke cel te creëren. Deze mutaties fungeerden als tijdstempels en documenteerden het verloop van veranderingen en delingen van elke cel.
Lau en zijn team pasten deze aanpak toe op 418 menselijke darmpoliepen en ontdekten dat tot 30% van de poliepen afkomstig was van meerdere celtypen in plaats van uit één enkele cel. Bij 60% van de poliepen begon één groep cellen de andere te ‘inhalen’ naarmate de poliep groeide – wat leidde tot de vorming van een tumor. Twee vergelijkbare onderzoeken bij muizen 7, 8, inclusief een analyse van 260.922 afzonderlijke cellen uit 112 monsters van darmweefsel, toonde ook aan dat een mengsel van cellen gezamenlijk colorectale tumoren initieert.
Deze resultaten dagen het eerdere denken uit dat darmkanker ontstaat uit afzonderlijke, ongereguleerde cellen in de darmwand en kunnen nieuwe mogelijkheden bieden voor vroege diagnose en interventie.
"Om het risico op [precancereuze gezwellen] te beoordelen, gebruiken mensen de grootte. Hoe groter de tumor, hoe groter het risico", zegt Lau. Maar de moleculaire klok en andere analyses laten zien dat “er mogelijk andere biomarkers zijn die te maken hebben met genetica en evolutie.”
-
Islam, M. et al. Natuur https://doi.org/10.1038/s41586-024-07954-4 (2024).
-
Ma, C.-K. et al. Natuur https://doi.org/10.1038/s41586-024-08087-4 (2024).
-
Zhu, Y. et al. Natuurkanker https://doi.org/10.1038/s43018-024-00823-z (2024).
-
Esplin, ED et al. Natuurkanker https://doi.org/10.1038/s43018-024-00831-z (2024).
-
Klughammer, J. et al. Natuur Med. https://doi.org/10.1038/s41591-024-03215-z (2024).
-
Iglesia, MD et al. Natuurkanker https://doi.org/10.1038/s43018-024-00773-6 (2024).
-
Sadien, I.D. et al. Natuur https://doi.org/10.1038/s41586-024-08053-0 (2024).
-
Lu, Z. et al. Natuur https://doi.org/10.1038/s41586-024-08133-1 (2024).