Suche
Mein Konto
Ultraprecyzyjne mapy 3D komórek nowotworowych ujawniają sekrety wzrostu nowotworu
Ultraprecyzyjne mapy 3D komórek nowotworowych pozwalają na rozszyfrowanie sposobu wzrostu guzów i oferują nowe podejście do terapii.
Ultraprecyzyjne mapy 3D komórek nowotworowych ujawniają sekrety wzrostu nowotworu
Szczegółowe mapy, które dokładnie przedstawiają lokalizację komórek w guzach i badają biologię nowotworów, oferują nowy wgląd w rozwój kilku rodzajów nowotworów, w tym raka piersi, okrężnicy i trzustki, i mogą dostarczyć wskazówek dotyczących potencjalnych metod leczenia.
W serię 12 badań, opublikowanego 30 października w czasopiśmie Nature, naukowcy z Human Tumor Atlas Network (HTAN) przeanalizowali setki tysięcy komórek z tkanek ludzkich i zwierzęcych. Niektóre badania opisują Mapy 3D komórek – zwane atlasami komórek – w nowotworach, podczas gdy inne tworzą „zegary molekularne”, które śledzą zmiany komórkowe prowadzące do raka.
„Zastosowanie tych nowatorskich narzędzi do leczenia raka pozwala nam spojrzeć na niego z innej perspektywy” – mówi Ken Lau, obliczeniowy biolog komórkowy w Vanderbilt University Medical Center w Nashville w stanie Tennessee i współautor badania dokumentującego przebieg w czasie zdarzeń komórkowych w rozwoju raka jelita grubego 1. „W rzeczywistości możemy zobaczyć rzeczy, których wcześniej nie mogliśmy zobaczyć”.
Mapowanie nowotworów
W niektórych badaniach naukowcy stworzyli atlasy, które umożliwiły im badanie nowotworów na poziomie pojedynczych komórek i badanie sposobu rozwoju nowotworu. Zespół przeanalizował organizację komórek w 131 próbkach pochodzących z sześciu różnych typów nowotworów, w tym nowotworów piersi, okrężnicy, trzustki i nerek 2. Naukowcy odkryli, że różne regiony tego samego guza mogą różnie reagować na leki. Zrozumienie reakcji różnych grup komórkowych na leczenie może pomóc w opracowaniu skuteczniejszych terapii.
W innych badaniach wykorzystano mapowanie 3D do zbadania próbek polipów jelita grubego – nieprawidłowych rozrostów błony śluzowej jelit, które mogą przekształcić się w nowotwór. Zidentyfikowali zmiany molekularne w komórkach polipów, w tym utratę połączeń DNA i zmiany w aktywności genów 3, a także zmiany w odpowiedzi immunologicznej, wzroście komórek i metabolizmie hormonów 4, które mogą wystąpić wcześnie i spowodować, że komórki polipa staną się złośliwe.
Terapie ukierunkowane na te zmiany mogą zwiększyć skuteczność leczenia raka i wczesnych interwencji zdrowotnych, mówi Ömer Yilmaz, biolog zajmujący się komórkami macierzystymi w Massachusetts Institute of Technology w Cambridge. „Najlepszą metodą leczenia raka jest zapobieganie. Jeśli zrozumiemy, jak różne populacje komórek reagują na środowisko i dietę, jak wpływa to na powstawanie nowotworów i jak różne klony przyczyniają się do tego procesu, może to prowadzić do lepszych metod zapobiegania i wykrywania”.
Wgląd w odporność
Inne atlasy dostarczają wskazówek, dlaczego niektóre nowotwory są trudniejsze w leczeniu niż inne. „Nowotwory nie składają się wyłącznie z komórek nowotworowych” – mówi Daniel Abravanel, lekarz-naukowiec w Dana-Farber Cancer Institute w Bostonie w stanie Massachusetts i współautor badania dotyczącego raka piersi 5. Na przykład immunoterapie, które nie są bezpośrednio ukierunkowane na komórki nowotworowe, ale wspomagają układ odpornościowy w celu ich eliminacji, mniej skuteczne w walce z rakiem piersi niż inne rodzaje nowotworów – dodaje.
Aby dowiedzieć się dlaczego, Abravanel i jego współpracownicy stworzyli trójwymiarowy atlas nowotworów, wykorzystując dziesiątki próbek od 60 osób chorych na agresywne formy raka piersi. Przyjrzeli się rozmieszczeniu komórek odpornościowych i odkryli, że niektóre typy komórek odpornościowych występowały częściej w niektórych nowotworach, szczególnie u osób, które otrzymały immunoterapię.
U trzech osób biopsje pobrane z tego samego guza w odstępie 70–220 dni wykazały różnice w liczbie komórek odpornościowych, zwanych limfocytami T i makrofagami. W dwóch przypadkach liczba tych komórek z czasem spadła, natomiast w trzecim wzrosła.
„To naprawdę pokazuje, jak dynamiczne jest mikrośrodowisko immunologiczne i może wyjaśniać, dlaczego próby scharakteryzowania nowotworów i przewidywania odpowiedzi na terapie immunologicznego punktu kontrolnego na podstawie biopsji wykonanej w jednym punkcie czasowym przyniosły niespójne wyniki” – mówi Brian Lehmann, badacz raka piersi, który specjalizuje się w genomice w Vanderbilt-Ingram Cancer Center w Nashville w stanie Tennessee.
W innym badaniu naukowcy odkryli, że niektóre agresywne podtypy raka piersi zawierają więcej komórek odpornościowych niż inne i z czasem wydają się „wyciszane”. 6. Komórki te wyrażały białko zwane CTLA4, które ogranicza ich zdolność do reagowania na nowotwory. Terapie ukierunkowane na CTLA4 przyniosły obiecujące wyniki w leczeniu czerniaka i raka płuc. „Otwiera to dodatkowe możliwości zastosowania tej terapii w podgrupie nowotworów piersi” – mówi Lehmann.
Zegarek CRISPR
Inne eksperymenty pokazują przede wszystkim, w jaki sposób komórki stają się komórkami nowotworowymi. W badaniu dotyczącym raka jelita grubego Lau i jego współpracownicy opracowali „zegar molekularny”, który pozwala śledzić, jak normalne komórki zaczynają się niekontrolowanie rozmnażać w jelicie 1. Wykorzystali analizę pojedynczych komórek i narzędzie do edycji genów (CRISPR), aby stworzyć mutacje w DNA każdej komórki. Mutacje te pełniły rolę znaczników czasu, dokumentujących przebieg zmian i podziałów każdej komórki.
Lau i jego zespół zastosowali to podejście do 418 ludzkich polipów jelita grubego i odkryli, że aż 30% polipów pochodzi z wielu typów komórek, a nie z pojedynczej komórki. W 60% polipów jedna grupa komórek zaczęła „wyprzedzać” inne w miarę wzrostu polipa, co doprowadziło do powstania guza. Dwa podobne badania na myszach 7, 8, w tym analiza 260 922 pojedynczych komórek ze 112 próbek tkanki jelitowej, również wykazała, że mieszanina komórek wspólnie inicjuje nowotwory jelita grubego.
Wyniki te podważają wcześniejsze przekonanie, że rak jelita grubego powstaje z pojedynczych, nieuregulowanych komórek w wyściółce jelita i może otworzyć nowe możliwości wczesnej diagnozy i interwencji.
„Aby ocenić ryzyko [narośli przedrakowych], ludzie biorą pod uwagę rozmiar. Im większy guz, tym większe ryzyko” – mówi Lau. Jednak zegar molekularny i inne analizy pokazują, że „mogą istnieć inne biomarkery związane z genetyką i ewolucją”.
-
Islam, M. i in. Natura https://doi.org/10.1038/s41586-024-07954-4 (2024).
-
Pon., C.-K. i in. Natura https://doi.org/10.1038/s41586-024-08087-4 (2024).
-
Zhu, Y. i in. Rak natury https://doi.org/10.1038/s43018-024-00823-z (2024).
-
Esplin, ED i in. Rak natury https://doi.org/10.1038/s43018-024-00831-z (2024).
-
Klughammer, J. i in. Natura Med. https://doi.org/10.1038/s41591-024-03215-z (2024).
-
Iglesia, MD i in. Rak natury https://doi.org/10.1038/s43018-024-00773-6 (2024).
-
Sadien, I.D. i in. Natura https://doi.org/10.1038/s41586-024-08053-0 (2024).
-
Lu, Z. i in. Natura https://doi.org/10.1038/s41586-024-08133-1 (2024).