Научные исследования рака: новые методы ученых

Новые методы лечения рака

По данным Минздрава РФ, только в 2018 году в мире было зарегистрировано около 18 миллионов новых случаев рака и других злокачественных новообразований. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) утверждает, что с онкологическими заболеваниями сталкивается каждый пятый мужчина и каждая шестая женщина.

Новые методы лечения рака позволяют помочь пациентам, которые ранее могли рассчитывать только на паллиативную помощь.

Люди, далекие от медицины и сами врачи связывают терапию онкологических заболеваний с массивными, калечащими операциями, изнуряющей химиотерапией, которая переносится тяжелее, чем сами симптомы болезни, долгим восстановлением и постоянным страхом, что болезнь вернется.

Критерием эффективности лечения рака считают так называемую пятилетнюю выживаемость. Этот отрезок времени отмеряют от момента обнаружения онкологического процесса. Он связан с тем, что в данные сроки возникает наибольшее число рецидивов опухоли. ВОЗ отмечает, что ранняя диагностика и успешное лечение в последние годы «подарили» до 5 лет жизни почти 44 миллионам пациентов.

Как развивается рак

Клетки организма размножаются делением и начинают умирать после 50-52 циклов. Процесс естественной гибели называется апоптоз. Зараженные вирусом, мутирующие клетки выставляют на своих оболочках специальные маркеры. Их распознает и немедленно уничтожает иммунная система. Соседние клетки утилизируют продукты распада.

В организме человека ежедневно возникает угроза появления и воспроизведения «неправильных» клеток. Заболевание возникает только при нарушениях со стороны иммунитета или внутриклеточных механизмов регуляции.

Бесконтрольное размножение приводит к тому, что клетки не успевают созревать, утрачивают свои свойства. Они распространяются в окружающие ткани или мигрируют с кровью, лимфой, образуя метастазы. Канцерогенез – процесс перерождения обычных клеток в атипичные.

Как работает традиционное лечение

Стандартные современные методы лечения рака направлены на уничтожение опухоли различными способами:

• оперативное вмешательство;
• введение химиопрепаратов;
• лучевая или радиотерапия
• иммунотерапия

При хирургическом лечении врач удаляет массив атипичных клеток. К недостаткам метода относят невозможность убедиться на месте, что рак удален в полном объеме, и сложность проведения операции в труднодоступных местах.

Во время химиотерапии пациент получает лекарства, которые нарушают жизнедеятельность, тормозят размножение клеток опухоли или стимулируют их апоптоз. Препараты воздействуют и на здоровые ткани организма, что ухудшает переносимость лечения. У ряда пациентов рак может и не реагировать на стандартные средства.

Радиотерапия борьба с опухолью различными видами излучения. Она повреждает ДНК быстро делящихся клеток, приводя к их гибели. Недостаток метода заключается в невозможности прицельного воздействия только на патологический очаг.

Чтобы стандартное лечение помогло пациенту, необходимо стечение обстоятельств:

• небольшой размер и хорошая доступность первичной опухоли,
• низкая злокачественность и хороший ответ на препараты,
• хорошая переносимость курса терапии.

А как же быть тем, чья история борьбы с раком осложнена отягчающими обстоятельствами? В области онкологии новости лечения связаны с преодолением стандартных проблем терапии:

• нечувствительность рака к препаратам или облучению;
• невозможность воздействия только на клетки опухоли;
• большой объем образования и риск непереносимости терапии;
• риск оставить рак на месте после операции.

Если иммунитет «растерялся»

В крови человека есть клетки, выполняющие защитную функцию. Это T и B-лимфоциты. Они помогают расправляться как с инфекционными агентами, так и с аномальными образованиями: обнаруживают, передают информацию о «преступниках», ликвидируют угрозу и сохраняют в памяти сведения о контакте. На оболочках клеток организма находятся рецепторы, которые сигнализируют иммунитету, все ли с ними в порядке. Зараженные вирусами или атипичные образования подлежат уничтожению.

Маркировка опасных раковых клеток

Если иммунная система пропускает начало опухолевого процесса, болезнь прогрессирует. Раковые клетки действуют хитростью, маскируя свои рецепторы специальными белками.

Микробиологи изобрели так называемые моноклональные антитела. Это белковые молекулы, имеющие сродство только к определенным рецепторам. Антитела связываются с раковыми клетками, не только делая их видимыми для иммунной системы, но активируя их уничтожение.

Моноклональные антитела созданы для молекул, отвечающих за развитие разных заболеваний. Этот принцип лег в основу таргетной (прицельной) терапии. Например, препарат Ритуксимаб эффективен при лечении B-клеточных лимфом, Цетуксимаб для борьбы с раком толстой и прямой кишки, опухолями головы и шеи. Бевацизумаб применяют при опухоли молочной железы, толстого кишечника, головного мозга и немелкоклеточном раке легких.

Эти медикаменты доступны и в России. Первое время их производством занимались только иностранные компании. Пациенты с нечувствительностью к стандартной химиотерапии могли опасаться, что препарат не придет вовремя или будет стоить дороже. С 2012 года российская компания Biocad производит биоаналоги: Гертикад, Авегра, Ацеллбия.

CAR-T – найти и уничтожить

Генная терапия помогает организму бороться с опухолью посредством модифированных T-лимфоцитов. Их готовят индивидуально. Из крови пациента выделяют нужные клетки, а в структуру ДНК встраивают рецептор, состоящий из нескольких частей. Его внеклеточная часть на оболочке распознает раковые клетки. Внутриклеточная область активизирует другие звенья иммунитета. За счет этого происходит уничтожение опухоли. «Отработавшие» лимфоциты не погибают, а продолжают поиски новых клеток.

Универсальный рецептор на поверхности позволяет настраивать иммунитет против разных опухолевых антигенов. T-клетки легко проникают внутрь раковой опухоли. Так CAR-T позволяет уничтожать самые мелкие метастазы в головном и спинном мозге, снижая риск рецидива. Генную терапию считают более эффективной по сравнению с моноклональными антителами.

Достижения иммунной терапии

Среди последних новостей в онкологии – официальное разрешение американской федерации FDA на применение CAR-T в борьбе с B-клеточными лимфомами. Препарат Yescarta – лишь второе такое средство за всю историю генной терапии.

Ученые доказали, что применение моноклональных антител в комплексе с CAR-T – один из самых эффективных методов лечения рака у пациентов с плохой переносимостью и резистентностью к традиционной химиотерапии. Так у пациентки с 4 стадией карциномы молочной железы уменьшился в объеме первичный очаг и его метастазы.

В 2018 году Нобелевская премия за метод лечения рака была присуждена двум ученым Джеймсу Эллисону (США). Их исследования продолжались более 20 лет и привели к открытию белка PD-1 и рецепторов CD152 на лимфоцитах, мешающих иммунитету находить и уничтожать раковые клетки. Затем ученые синтезировали препараты, которые решают эту проблему. В перспективе средства позволят увеличить выживаемость при опухолях различной локализации, в том числе при наличии метастазов.

Эти новые методы лечения рака доступны и в России. Среди зарегистрированных зарубежных препаратов: Китруда, Ервой, Тецентрик.

Диагностика и лечение с помощью света

Отделение злокачественной опухоли от здоровой ткани представляет определенные сложности. Травмы новообразования при операции и сохранение в организме «забытых» клеток может стимулировать рост и метастазирование опухоли. Так в 2017 году хорошей новостью в лечении рака стало открытие профессора Хайинь Лю из Мичиганского технологического университета. Химик обнаружил антитела, которые при введении в организм прикрепляются только к раковым клеткам и заставляют их светиться в инфракрасном диапазоне. Очаги опухоли хорошо заметны на фоне здоровых тканей, имеющих зеленоватое или синеватое свечение. Этот метод стали применять для ревизии операционного поля и окружающих лимфоузлов во время операции.

Фотодинамическая терапия основана на использовании светочувствительных веществ (фотосенсибилизаторов) и лазерной установки. Их молекулы поглощают кванты света, уничтожая раковые клетки и разрушая сосуды, питающие опухоль. Невозможность прицельного воздействия лазера позволяла применять его только для видимых кожных опухолей.

Однако изобретение ученых в московском университете НИТУ «МИСиС» позволило преодолеть это ограничение. Они соединили молекулу фотосенсибилизатора с контрастным агентом. Так в конце 2018 года был получен инструмент, помогающий использовать фототерапию для рака другой локализации. Новое в лечении онкологии в 2019 году – это возможность отслеживать границы опухоли и концентрацию фото-лекарства в пораженном органе с помощью МРТ.

Нижегородские ученые синтезировали флуоресцентный белок, который позволяет обнаруживать клетки опухолей. В 2012 году они получили патент на воспроизведение пептида, уничтожающего рак шейки матки в поле лазера.

Прицельное воздействие на опухоль

Радиотерапия сопряжена с риском получения массивного облучения. Во время лечения повреждаются не только раковые, но и здоровые клетки. К самым сложным локализациям опухоли относят голову и шею ввиду опасности повреждения головного мозга и крупных сосудов. Поражение зрения, слуха неизбежно снижает качество жизни пациента. Кроме того, до ряда опухолей нельзя добраться хирургическим путем.

Уничтожить такой рак помогает стереотаксическая гамма-терапии (или гамма-нож). Лучевые диагносты определяют точную локализацию и размеры образования, после чего в патологический очаг направляют до 200 лучей из разных точек. Единственная процедура занимает несколько часов и дает результат, сопоставимый с 30 сеансами облучения.

Гамма-нож – неинвазивная хирургическая процедура, которая позволяет пациентам возвращаться домой в день ее проведения. В 2019 году в России действует 6 установок, позволяющих помочь 3 тысячам пациентов в год. Новости онкологии в этой области обнадеживают онкобольных перспективами открытия 20 таких центров в стране.

В 2018 году сотрудники филиала «НМИЦ радиологии» Минздрава в г. Обнинске сконструировали портативные нейтронные генераторы на базе гамма-излучателей. Нейтронное излучение в онкологии применяется более 40 лет. Однако необходимость строить для оборудования отдельные здания и возможность пролечить не более 10 человек в день существенно ограничивали применение генератора. Компактные приборы решают эту проблему.

Снизить повреждение окружающих тканей возможно благодаря замене рентгеновского излучения на протонное. Оно лучше концентрируется в очаге. В 2018 году немецкие ученые из Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф успешно соединили протонную терапию с МРТ-сканером. Ранее визуализацию опухолей выполняли с помощью компьютерной томографии, на которой хорошо отображаются только неподвижные костные образования. Среди новостей в лучевом лечении рака в 2019 году – создание прибора, позволяющего ввести протонное облучение в клиническую практику.

Экспериментальное лечение рака

Внедрение новых методик терапии возможно благодаря клиническим исследованиям. В ходе экспериментального лечения используются методы, эффективность и безопасность которых полностью не изучена. Онкологи проводят набор пациентов с определенным заболеванием. Они полностью обследуют кандидатов и отсеивают тех, кто не подходит по состоянию здоровья.

Лица, прошедшие скрининг, получают бесплатную экспериментальную терапию. К ней относят:

• генное лечение;
• локальное замораживание тканей;
• точечный нагрев тканей;
• применение бактерий-анаэробов;
• вакцины против рака;
• лечение лазером;
• нанотехнологии.

Участие в клинических исследованиях дает шанс выйти в ремиссию пациентам, которым не помогают стандартные схемы лечения.

Можно ли считать, что экспериментальная терапия позволяет победить рак? Исследователи рассказывают о протоколах с ошеломляющими результатами. Так при испытании препарата Китруда в 2013 году около 76% участников почувствовали облегчение, а полностью излечилось от рака около 20%. Так препарат был включен в схемы лечения различных агрессивных опухолей.

При обнаружении немедленных или отсроченных негативных последствий протоколы закрывают, а средства или методы не допускают до рутинной практики.

С 2018 года работает сервис, позволяющий онкологам России искать больницы, в которых проводят экспериментальную терапию, и направлять туда пациентов. Он создан непосредственно Агентством клинических исследований и Российским онкологическим обществом RUSSCO.

Последние новости в онкологии: что ожидать в 2019 году?

Ученые разных стран объединяются в интересах пациентов. Так 19 февраля 2019 года на базе филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России состоялся первый семинар по регенеративной медицине. Отрасль находится на стыке биологии, инженерии и лечебной деятельности. Регенеративная медицина помогает восстанавливать поврежденные, удаленные ткани за счет стволовых клеток пациентов, трансплантации или имплантации биоматериалов.

Специалисты в области клинической иммунологии, радиологии, регенеративных технологий из России принимали японских коллег. Трансляция семинара позволила коллегам из 38 регионов получить актуальную информацию о применении новых дендритно-клеточных вакцин от рака, культивировании стволовых клеток с помощью роботов, инженерных методиках.

Кроме того, среди новостей онкологии 2019 года в России – успешное внедрение органосохраняющих операций при раке легких и эндоскопическое удаление новообразования желудка и толстого кишечника.

К сожалению, онкологи до сих пор не располагают «волшебной таблеткой» от всех видов опухолей. Рак остается заболеванием с высокой летальностью. Однако современные изобретения в этой области помогают подарить жизнь и здоровье все большему числу пациентов.

Революционные технологии. Как российские ученые приближают победу над раком

Ультразвук, таблетки, наночастицы, вирусы — как российские специалисты пытаются найти лекарство от рака, и почему через три-четыре года нас ожидает прорыв в этой области.

Сегодня онкологические заболевания являются одной из основных причин смертности в мире. Существует мнение, что онкология — продукт жизнетворчества современного человека, то есть результат его стремления к комфортной жизни (автомобили, самолеты, атомная энергия и т.д). Это не совсем так.

Человек сталкивался с раком еще миллионы лет назад, об этом говорят находки ученых: например, в прошлом году была найдена кость стопы представителя трибы гоминини (человекоподобный вид) со следами злокачественной опухоли. А в медицинских свитках древних египтян подробно описывались симптомы этого смертельного заболевания. Поэтому говорить, что рак начал развиваться только в XX веке немного неправильно. Правильнее сказать, что сегодня из-за нашего образа жизни и окружающей среды мы болеем чаще, чем наши предки.

Как появляется рак

Рак может развиться из одной-единственной клетки. Опухоль возникает, когда происходит сбой механизма работы здоровой клетки, то есть когда она начинает бесконтрольно делиться. Причина такого сбоя — мутация генов.

В нашем организме существует протоонкоген, именно он отвечает за контроль деления клеток. Под воздействием химических, физических и биологических причин протоонкоген может превратиться в онкоген и тем самым потерять способность контролировать деление клеток.

Кто первым победит рак?

Найти надежный способ борьбы с раком — задача не из легких. На протяжении десятков лет ученые всего мира работают над поиском эффективных методов лечения, созданием препаратов, способных победить рак. Разработки таких лекарств ведутся в лабораториях и крупных научных центрах Японии, США, Германии, России. Однако, до сих пор нет средства, решившего бы проблему рака раз и навсегда.

Трудности в лечении онкологии самые разные. Медики не знают, как “убить” у раковых клеток способность заражать здоровые (опухоль может рассылать окружающим ее нормальным клеткам мембранные пузырьки с молекулярной инструкцией, превращающей здоровую клетку в больную). Кроме того, если проанализировать опухоль на генетическом уровне, выясняется, что в некоторых случаях у человека в одном органе могут возникать разные типы раковых клеток, и все они по-разному реагируют на лекарства, делая лечение затруднительным.

Если верить СМИ, то с этими трудностями больше всего справляются ученые из России. За последние несколько лет с большой регулярностью выходят новости, сообщающие об успехах отечественных медиков в создании высокоэффективных препаратов от рака и не менее эффективных способов лечения. Из чего можно заключить, что Россия является одной из самых передовых стран в разработке технологий для борьбы с онкологическими заболеваниями.

За 2015-начало 2017 года российские медики представили более двадцати новейших технологий, предназначенных для борьбы с раковыми заболеваниями. И хотя большинство из них еще проходят доклинические испытания, некоторые разработки, по мнению отечественных специалистов, уже в ближайшее время могут появиться в городских и сельских больницах.

Российские ученые ведут борьбу с раком сразу на трех “фронтах”: фармацевтика — создание препаратов, способных остановить распространение в организме уже выявленной опухоли, хирургия — разработка более совершенных методов хирургического вмешательства и диагностика — поиск новых способов выявления онкологии на ранних стадиях.

Если онкологию обнаружить на ранних стадиях, существует большая вероятность выздоровления пациента (70%, что лечение будет эффективным). Поэтому большое внимание в лабораториях и научных центрах России уделяется созданию новых, более точных методов диагностики раковых заболеваний.

В сентябре прошлого года специалисты кинологического центра ФМБЦ имени Бурназяна сообщили, что они закончили эксперимент, в ходе которого две собаки центра научились выявлять людей с раковыми заболеваниями. Дрессированные животные ориентируются на жиропотовыделения пациента с подозрением на онкологию. Правда, признаются специалисты, этот новый метод вряд ли сможет заменить традиционные способы диагностики рака.

Осенью 2016 года была представлена разработка ученых Томского политехнического университета — радиофармпрепарат (соединения радиоактивных изотопов с лекарством для лечения онкологических заболеваний). Изотопы, полученные с помощью специального исследовательского ядерного реактора, помогают установить, через какие именно лимфатические узлы распространяются раковые клетки в организме. Эти данные позволяют врачу узнать, в какой части пораженного органа идет процесс метастазирования: хирург сможет удалять только эту часть, а не весь орган целиком. Сейчас разработка проходит клинические испытания. Пока нет сведений, когда этот препарат поступит в больницы.

Наиболее успешной разработкой стал так называемый “Биочип”, созданный учеными Российского онкологического научного центра имени Блохина и представленный публике в середине февраля 2017 года. Это высокоточная тест-система, способная определить наличие у человека любой злокачественной опухоли на любой стадии при первом же обращении пациента в больницу. Эта технология состоит из специального биочипа, пробирок для хранения материала и сканера для оцифровки результатов. Сейчас “Биочип” проверяется Росздравнадзором, в случае одобрения госорганом, новая система может появиться в поликлиниках и больницах российских городов уже к началу лета.

“Два самых мощных метода воздействия на опухоли — лучевая терапия и хирургия — достигли потолка своей эффективности. После того, как специалисты научились проводить тотальное облучение всего тела и удалять целые органы, выше уже не прыгнуть. Поэтому ученые должны искать что-то новое в терапии”, — говорит Николай Жуков, онколог и руководитель отдела лекарственного лечения опухолей МНИОИ им. П.А. Герцена.

Наиболее перспективными выглядят ионная и протонная терапии, а также специальные методики проведения хирургических операций, которые позволяют обходиться без вскрытия.

В конце декабря 2016 года в России впервые был запущен комплекс протонной терапии под названием “Прометеус”. Этот комплекс позволяет проводить многопольное облучение различных опухолей тонким сканирующим пучком протонов. Интересно, что такая терапия воздействует на пораженный участок с минимальным риском для здоровья, то есть она практически не причиняет вреда здоровым тканям. По словам специалистов, уже в конце 2017 года Минздрав запустит высокоэффективные протонные пушки, разработанные на основе “Прометеуса”, которые будут оказывать необходимую помощь в лечении рака.

Первый и пока что единственный аппарат “Прометеус” сегодня работает в МРНЦ им. А.Ф. Цыба в городе Обнинске Калужской области.

В марте 2017 года российские ученые сообщили, что они научились использовать наночастицы из кремния, покрытые специальным полимерным составом для выявления раковых опухолей и моментального уничтожения их ультразвуком. При этом такой способ лечения не причиняет никакого вреда здоровым тканям и органам. В ближайшие несколько лет наночастицы будут проходить клинические испытания. Ученые пока не могут точно сказать, когда их разработка войдет в медицинскую практику.

“Самые большие горизонты сейчас открываются в лекарственном лечении рака. Например, сегодня наиболее прорывное направление в российской медицине, да и в медицине других стран — иммунотерапия”, — продолжает Николай Жуков. — “Одна из разновидностей иммунотерапии построена на том, что к молекулам, способным обнаруживать раковые клетки-мишени, «прикручивают» лекарство. Благодаря этому препарат, убивающий онкоклетки, попадает прямо в цель, не задевая здоровых тканей человека. Побочные эффекты снижаются, а успешность лечения заметно повышается: на 20 — 30%, по сравнению с обычной химиотерапией”.

В ноябре 2016 года группа российских ученых из МФТИ объявила о том, что они синтезировали 37 химических соединений (класс аминотиазолов), которые способны разрушать раковые клетки, устойчивые к химиотерапии. По словам специалистов, эти соединения больше подходят для борьбы с раком яичников — из всех онкологических заболеваний рак яичников наиболее часто приводит к смерти.

Сейчас разработка отечественных специалистов находится на самом начальном этапе испытаний. Поэтому неизвестно, когда эта технология поступит на вооружение медикам.

В конце декабря 2016 года в Минздраве рассказали, что российские специалисты приступили к испытаниям препарата, показавшего обнадеживающий результат в борьбе с раком. Это разработка компании Biocad под рабочим названием PD-1 -точно так называется мембранный белок, с которым взаимодействует рак. После такого взаимодействия раковые клетки становятся “невидимыми”, то есть они маскируются под здоровые, “прячутся” от иммунитета и спокойно делятся, постепенно превращаясь в опухоль.

«Для того, чтобы снять маскировку, мы как раз и применяем этот препарат. Он снимает маскировку с раковых клеток, и дальше уже сама иммунная система организма точечно воздействует на опухоль», — говорит генеральный директор компании Biocad Дмитрий Морозов.

Если испытания препарата пройдут успешно, то PD-1 поступит в продажу уже в 2018 году.

В самом начале марта 2017 года российские ученые сделали громкое заявление. Они сообщили, что успешно протестировали препарат от всех видов и стадий рака, созданный при помощи биотехнологий.

«Наш препарат имеет рабочее название «Белок теплового шока» — по основному действующему веществу. Это молекула, которая синтезируется любыми клетками организма человека в ответ на различные стрессорные воздействия. О ее существовании ученые знали давно. Первоначально предполагалось, что белок может только защищать клетку от повреждения. Позже выяснилось, что помимо этого он обладает уникальным свойством — помогает клетке показывать свои опухолевые антигены иммунной системе и тем самым усиливает противоопухолевый иммунный ответ», — сообщил профессор Андрей Симбирцев, замдиректора Государственного научно-исследовательского института особо чистых препаратов Федерального медико-биологического агентства (ФМБА).

Единственной трудностью, по словам Симбирцева, является то, что организм человека содержит очень мало собственного такого белка. Поэтому учеными была разработана специальная биотехнология, позволяющая его синтезировать.

По прогнозам ученых, препарат выйдет на рынок через 3-4 года и будет очень доступным по цене.

Разработки разработками, но стоит сказать и о трудностях, с которыми часто сталкивается российская медицина, и которые могут задержать отечественных ученых на пути к полной победе над раком. Например, нехватка специалистов и малое количество исследований в области детской онкологии. Зачастую российским семьям приходится искать помощь для своих детей в клиниках за границей.

Еще одна проблема — федеральные онкологические больницы испытывают огромные сложности с закупками необходимых лекарств в силу высоких цен на препараты для лечения рака. За последний год стоимость ряда медикаментов по госзакупкам выросла почти в 11 раз (по данным газеты “Известия”, в 2014 году препарат “Иринотекан” стоил 518 рублей за флакон, в 2017 цена выросла до 5844 рубля). В декабре прошлого года представители столичной онкологической больницы №62 сообщили, что учреждение испытывает трудности в приобретении необходимых препаратов из-за жесткой политики департамента здравоохранения Москвы.

Пока большинство из перечисленных разработок находятся на стадии доклинических и клинических испытаний, некоторые технологии уже в ближайшее время появятся в медучреждениях. По словам специалистов, через 3-4 года нас ожидает настоящий прорыв в борьбе с онкологическими заболеваниями: по их мнению, именно через такой промежуток времени в России будут созданы препараты, благодаря которым рак перестанет быть проблемой для человечества.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Предложен новый подход к теоретическим и прикладным исследованиям рака

Рис. 1. Универсальный метод исследования раковых опухолей, разработанный в рамках обсуждаемого исследования. Материал из биопсии опухолей пациентов трансплантировали ортотопно (то есть в аналогичный орган) иммунодефицитным мышам и получали ксенографтные (то есть с тканью, пересаженной от организма другого вида — в данном случае от человека) опухоли (PDX, patient-derived xenograft). Затем выросшие у мышей опухоли анализировали по гистологии с помощью электронной микроскопии, секвенировали их геномы и количественно определяли набор мРНК. Клетки ксенографтных опухолей можно хранить в замороженном виде, чтобы использовать в дальнейших работах. Особенно важно, что авторы создали централизованный репозиторий, доступный для других исследователей. Рисунок из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Nature

Ученые получили и охарактеризовали 67 ортотопных трансплантатов 12 типов детского рака, а также показали, что они сохраняют основные свойства исходной опухоли. Результаты работы и полученные клеточные культуры представлены в хранилище данных, открытом для пользования другими исследователями. Попутно выяснилось, что вещество AZD1775 — ингибитор протеинкиназы WEE1 — эффективно против рабдомиосаркомы. Разработанная система сравнительно недорога и может быть использована для исследования раковых опухолей человека, а также для быстрого подбора средств лечения рака и доклинических испытаний новых противораковых препаратов.

Изучением рака занимаются в тысячах лабораторий в разных странах мира. Иногда происходят курьезные случаи, когда вследствие, например, путаницы или загрязнения клеточных культур другими клетками ученые работают совсем не с теми раковыми клетками, которые требуются. Полученные результаты приходится отправлять в мусорную корзину, а немалые затраты на них оказываются напрасными. Всё более очевидно, что нужна унификация и стандартизация исследований онкологических заболеваний: они должны проводиться по одним протоколам, на достоверно охарактеризованном и проверенном материале. Для этого скоординированными усилиями различных институтов и лабораторий создаются репозитории (хранилища данных) детально описанных и проверенных клеток с возможностью быстрого доступа к этим базам данных.

Хотя средняя выживаемость детей с солидными опухолями (см. Solid tumor) составляет более 75%, среди детей с рецидивами выживают уже менее 30%. База данных с описанием различных видов таких опухолей, особенно редко встречающихся, должна помочь созданию новых моделй рецидивов.

Авторы статьи в журнале Nature разработали систему, позволяюшую адекватно воспроизводить раковые опухоли детей на модельных мышах. В течение 2010–2015 годов они брали свежие образцы ткани опухолей и метастазов у 225 детей и детально исследовали их, сравнивая с образцами нормальных тканей этих пациентов. 148 образцов были введены иммунодефицитным мышам с целью получить у них ортотопные (в таких же органах, как у больного) ксенографтные (чужеродные, с тканью, пересаженной от больных детей) опухоли (orthotopic patient-derived xenografts, рис. 2). Опухоли, развившиеся у мышей, сравнивали затем с опухолями пациентов.

Рис. 2. Расположение самых распространенных из исследованных типов рака в теле человека и мыши (нейробластома, остеосаркома, рабдомиосаркома, ретинобластома, опухоль Вильмса, саркомы Юинга). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Во многих предшествующих исследованиях было показано, что именно при ортотопной трансплантации (в отличие от часто используемой трансплантации под кожу) наилучшим образом сохраняются свойства пересаживаемых клеток.

Всего пересаживали клетки опухолей 15 различных типов: нейробластомы (41 образец), остеосаркомы (31), рабдомиосаркомы (20), ретинобластомы (10), опухоли Вильмса (9), десмопластического круглоклеточного рака (9, см. Desmoplastic small-round-cell tumor), саркомы Юинга (7), высоко-злокачественных сарком (6), адренокортикальной карциномы (5). Кроме того были сделаны 10 пересадок шести типов других очень редких раков. Клетки различных опухолей приживались с разной степенью эффективности (в среднем — 45%). Всего получено 67 образцов ортотопных ксенографтных опухолей 12 различных типов рака (рис. 3). Можно было получить из них культуры клеток, проводить с ними генетические манипуляции, замораживать для хранения, использовать их для повторной трансплантации мышам.

Рис. 3. Эффективность ортотопной имплантации клеток различных опухолей иммунодефицитным мышам. DSRCT — десмопластический круглоклеточный рак, EWS — саркома Юинга, HGS — высоко-злокачественные саркомы, NB — нейробластома, OS — остеосаркома, RB — ретинобластома, RMS — рабдомиосаркома, WT — опухоль Вильмса. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Клетки из полученных опухолей мышей опять подвергались детальному исследованию, и результаты сопоставляли с соответствующими характеристиками образцов от пациентов. По данным иммуногистологического исследования, 48 из 49 опухолей мышей были практически идентичны соответствующим опухолям больных. Электронная микроскопия 36 исследованных ксенографтных опухолей показала наличие во всех них тех же внутриклеточных и межклеточных структур, что и в исходных опухолях.

С целью выяснить, сохраняют ли ксенографтные опухоли соматические мутации исходных опухолей было проведено полное секвенирование геномов и кодирующих последовательностей (экзомов) 51 пары «ксенографтная опухоль/исходная опухоль». В некоторых редких случаях в ксенографтной опухоли обнаруживались мутации, отсутствующие в исходной, и наоборот. Это могло быть связано с тем, что в разных частях опухоли могут происходить разные мутации —гетерогенность опухолей уже достаточно хорошо известна, а также — с загрязнением ткани опухоли нормальной тканью. В общем же набор мутаций в ксенографтных опухолях хорошо соответствовал их набору в исходных опухолях. При повторных трансплантациях «ксенографтные» клетки продолжали эволюционировать и медленно накапливать новые мутации, но их основной исходный набор сохранялся. Количественное определение наборов мРНК продемонстрировало, что профили экспрессии генов сохраняются и в ксенографтных опухолях. Преципитация хроматина с антителами против ряда гистонов с последующим секвенированием защищенных этими гистонами участков ДНК показала, что «ксенографтные» клетки сохраняют наборы открытых и закрытых для экспрессии генов, свойственных исходным опухолям. Иными словами, свойства опухолей сохранились и на эпигенетическом уровне.

Чтобы определить чувствительность ксенографтных опухолей разных типов к лекарственным средствам, из 30 из них были получены культуры клеток, которые испытали на чувствительность к 156 терапевтическим препаратам. Среди испытанных соединений особый интерес представляло еще не одобренное к применению в клинике для лечения рабдомиосаркомы химическое соединение AZD1775. Это ингибитор WEE1 — одного из ключевых регуляторов роста клетки. AZD1775 эффективно подавляло рост клеток в культурах. Затем клетки из ксенографтной рабдомиосаркомы пометили геном люминесцентного белка люциферазы, и после ортотопной трансплантации мышам наблюдали эффект от лечения комбинациями различных препаратов. Наилучший результат был получен в случае комбинации иринотекан + винкристин + AZD1775 (рис. 4).

Рис. 4. Доклинические испытания с использованием мышиной модели ксенографтных опухолей. Мышей лечили от привитой им рабдомиосаркомы различными противоопухолевыми веществами (сокращения: IRN — иринотекан, VCR — винкристин). По флюоресценции люциферазы можно судить об успешности разных комбинаций веществ: PD –заболевание спрогрессировало, PR — частичное сокращение опухоли, CR — опухоль не обнаружена. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Эта комбинация оказалась и более выигрышной с точки зрения выживаемости мышей в сравнении со стандартной для лечения этого заболевания комбинацией иринотекан + винкристин и применением только AZD1775 (рис. 5).

Рис. 5. Выживаемость мышей при лечении привитой им рабдомиосаркомы различными противоопухолевыми соединениями. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Техника получения ортотопных ксенографтных опухолей уже достаточно хорошо отработана, трансплантация обычно проходит вполне успешно. Методы, описанные в обсуждаемой статье, сравнительно просты и дешевы, и их применение, а также созданный доступный без требований соавторства и бесплатный для других исследователей репозиторий, могут существенно продвинуть изучение рака во многих лабораториях, позволяя быстрее и с меньшими затратами разрабатывать новые средства лечения рака.

Самое значимое достоинство описанного подхода — сравнительно простое создание образцов для дальнейшего исследования без потери свойств опухоли. Что особенно ценно, можно создавать модели для подбора средств лечения раков, для которых пока нет генно-инженерных мышиных линий. В лабораториях уже имеется примерно 1000 ксенографтных моделей «твердых» и гематологических раков детей и взрослых. Авторы обсуждаемой работы внесли существенный вклад в такие исследования, создав еще 148 детских раков, в том числе и очень редких.

Важно, что впервые был проведен детальный анализ ксенографтных опухолей, показавший высокую степень их сходства с исходными опухолями. Повторная трансплантация замороженных «ксенографтных» клеток также показала высокую степень сходства вторичных опухолей с исходными. Консорциум Childhood Solid Tumour Network, членами которого являются авторы обсуждаемой работы, уже предоставил доступ к рапозиторию более чем 120 лабораториям в 11 странах. В дальнейшем активность этого и других консорциумов, вероятно, будет развиваться, репозитории будут расширяться, а новые ксенографтные модели будут появляться по стандартизованным методикам.

Источники:
1) E. Stewart et al. Orthotopic patient-derived xenografts of paediatric solid tumours // Nature. 2017. DOI: 10.1038/nature23647.
2) Mark A. Murakami & David M. Weinstock. Cancer models: The next best thing // Nature. 2017. (Популярный синопсис к обсуждаемой статье.)

Российские ученые предложили новый метод лечения рака. Будет ли это дешево и эффективно?

Александр Жирнов

В статье научного издания Bioconjugate Chemistry сказано, что разработка не только позволит доставлять к раковым клеткам необходимые лекарства, но позволит создать компьютер, в котором вместо привычных кремниевых чипов будут использоваться биологические молекулы. Такой шаг позволит с высокой точностью контролировать химические процессы, создавать «умные» лекарства и управлять молекулярными машинами.

Технологии доставки наночастицами лекарств непосредственно внутрь опухоли или в очаг инфекции в человеческом организме разрабатываются уже достаточно давно. Еще одним методом использования является маркировка ими микробов и вирусов в качестве мишеней для иммунных клеток или медицинского лазера.

Биотопливо и лекарства от рака. Ученые объяснили пользу исследований нобелевских лауреатов по химии

Российским ученым удалось объединить оба принципа, используя недавно открытый ими светочувствительный наноматериал, который стал своеобразным переключателем. Он состоит из мельчайших частиц двуокиси титана, способных расщеплять воду на атомарный кислород и водород при воздействии света.

При помещении таких «агентов» в раствор органических соединений кислород начинает взаимодействовать с самыми уязвимыми молекулами. В результате резко меняется кислотно-щелочной баланс.

Перед учеными встала задача управления при помощи этого материала более крупными наночастицами, которыми при определенных условиях можно управлять при помощи лазера. Из полимерных нитей и вкраплений оксида титана и серебра были созданы полые наночастицы, разрушающиеся при подсветке инфракрасным лазером и под воздействием тепла и кислорода.

Химикам удалось при помощи своего изобретения «подсветить» бактерии кишечной палочки в пробирке, модифицировав их ДНК. Тело человека, по словам авторов работы, не является преградой для таких лучей. Значит новые наночастицы могут быть использованы для борьбы с опухолями и инфекциями практически во всем организме.

Источник фото: Pixabay

Не стоит забегать вперед

Врач-онколог, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник Института клинической онкологии пояснил, что методы лечения изучаются по многим направлениям, в том числе рассматриваются и физические факторы воздействия, однако подобные технологии — достаточно новые.

Мы все умрем. Но как с этим жить?

«Они малоизвестны и не стоит забегать вперед. Давайте посмотрим, что будет представлено в экспериментальном плане. Может какие-либо первые клинические исследования что-то покажут. Но пока трудно даже представить, как это будет работать реально», — считает эксперт.

По словам Черемушкина, до применения данного изобретения на человеке должно пройти достаточно много времени. Любой метод сначала обосновывается теоретически, потом ставятся опыты и лишь после этого он переносится на людей с разрешения Минздрава.

«Это достаточно длительный путь. Но и потом накапливается опыт по этому воздействию. Обычно не менее 5-10 лет проходит с первых экспериментов до реальных клинических результатов, когда можно что-то сказать», — пояснил ученый.

Пока еще не совсем понятно, как это работает, и почему страдать будут опухолевые клетки, а не здоровые. Нужно более широкое предоставление теоретических обоснований, добавил он.

Онкология, отметил Черемушкин, относится к самым сложным биологическим проблемам. Иммунитет, который прекрасно работает и справляется с угрозами, в определенных условиях дает сбой.

Источник фото: Pixabay

«При опухолевой патологии как раз виден неплохой иммунитет, но по отношению к части клеток он почему-то не работает. И это всегда заставляет задуматься, а предусмотрен ли этот механизм. И когда мы рассматриваем с этой точки зрения лечение, то оно, как в пазле должно совпадать с тем, что уже есть у человека», — сказал медик.

Иммунотерапия в России: как работает инновационная методика лечения рака

Именно поэтому Нобелевская премия была получена за метод блокирования определенных рецепторов. Ученые работали с тем, что у человека есть, и что блокирует или активирует иммунную систему. Это — самый верный путь, считает Черемушкин.

В тоже время химиотерапия разработана на основе боевых отравляющих веществ, а лучевая терапия — оказывает серьезное воздействие на организм. Результаты накапливались уже потом по опыту использования. Существует множество разных методов, но далеко не все из них прижились и показали свою эффективность.

«Сегодня, если мы говорим об онкологии, мы в первую очередь говорим об иммунотерапии. Это всеми признано, направление развивается. Что касается новых физических методов воздействия — мы ценим прицельное воздействие лучевой терапии», — пояснил ученый.

По его словам, в онкологии важно, чтобы повреждение максимально касалось онкологии, но не казалось окружающих здоровых тканей. Если удастся этого достичь, можно будет говорить, что сделан важный шаг. И новый метод может занять место среди других способов лечения.

«Но надо, чтобы это реально работало. Предложений было много. Желающих сказать, что они вылечили рак — пруд пруди до сих пор. А на деле оказывается, что все не так просто. И прорыв за последние 30 лет — реальные вещи в иммунотерапии. В остальных разделах практически ничего не поменялось», — подчеркнул Черемушкин.

Можно добавить, сказал он, что возросла точность воздействия, появились хирургические роботы, методы прицельной лучевой терапии.

Источник фото: Pixabay

Прорыв вполне реален

Схожее мнение высказал заведующий отделением хирургии печени Московского клинического научного центра, кандидат медицинских наук Руслан Алиханов. По его словам, любая методика должна сначала пройти стадию эксперимента, потом клинические исследования и только после этого можно что-то говорить о ее эффективности.

Ученые научились прогнозировать скорое появление рака

«Что-то бывает эффективно на уровне эксперимента, а в клинике не получается — много дополнительных факторов, которые в эксперименте невозможно уточнить», — пояснил ученый.

У разных методов — разный срок достижения стадии использования на людях, отметил он. Иногда это — короткий промежуток, иногда это занимает несколько лет.

«Это зависит от заболевания, от самой методики и многих других вещей», — сказал Алиханов.

Также, пока очень сложно сказать, сколько будет стоить такая технология, создание этих наночастиц, добавил медик.

«У нас такая профессия — скептически ко всему относиться и тщательно анализировать, но должен сказать, что за последние десятилетия в очень многих аспектах удалось получить реальный прорыв», — пояснил Алиханов. Он верит в реальность достижения положительного результата при концентрации серьезных усилий на подобных исследованиях.

Революция в лечении рака: ученые сделали важное открытие

Международная команда ученых впервые полностью расшифровала генетическую информацию 38 видов раковых клеток, составив исчерпывающий каталог мутаций ДНК, приводящих к развитию онкологических заболеваний.

Об этом сообщает ВВС.

Беспрецедентное по масштабу исследование « Анализ полного генома всех видов рака» ( PCAWG) заняло более 10 лет. В работе приняли участие около 1300 генетиков из 37 стран, а ее результаты были опубликованы сразу в двух десятках научных журналов.

По словам самих ученых, причины возникновения рака можно сравнить с пазлом, состоящим из 100 тысяч кусочков. До сегодняшнего дня мы пытались собрать общую картину, имея на руках лишь каждый сотый фрагмент, и лишь теперь можем взглянуть на нее целиком.

« С помощью собранной информации о происхождении и развитии опухолей мы можем разработать новые способы ранней диагностики рака, более направленные методы терапии — и лечить пациентов с большим успехом», — заявил член координационного комитета PCAWG Линкольн Стайн.

ВВС коротко ( в 100 словах) и чуть подробнее ( в 500 словах) объясняет, в чем суть этой беспрецедентной работы и как она может произвести революцию в онкологии.

В 100 словах

Причина любого рака — мутации в ДНК. Однако ученым мало известно о том, где именно и почему происходит поломка генетического кода, ведущая к возникновению раковой опухоли.

Участники проекта PCAWG полностью расшифровали генетическую информацию раковых клеток почти 2800 пациентов, страдающих от 38 разных видов онкологических заболеваний.

В результате было сделано несколько десятков открытий — от количества и точного расположения так называемых драйверных мутаций ( то есть ведущих к развитию опухоли) до неожиданных генетических совпадений у раковых клеток различных тканей.

В том числе выяснилось, что предрасположенность к некоторым видам рака может сформироваться за несколько десятилетий до постановки диагноза — иногда в детском возрасте.

В 500 словах

Рак — это не одно заболевание, возникающее в разных органах, а общее название для двух сотен различных болезней, протекающих по одной и той же схеме. Одна из клеток ткани мутирует — и начинает быстро и бесконтрольно делиться, формируя опухоль.

Поломка происходит на генном уровне, но до сегодняшнего дня, пытаясь понять ее возможные причины, ученые в основном анализировали лишь « полезную ДНК» — ту часть генома, в которой закодированы белки и которая составляет лишь около 2% всей наследственной информации.

Оставшаяся часть генетического кода, известная как « мусорная ДНК», не вызывала особого интереса, поскольку заключенная в ней информация не отвечает за производство белков — строительных материалов клетки — и вообще долгое время считалась рудиментарной ( то есть накопившейся в процессе эволюции, но утратившей полезные функции).

Термин « мусорная ДНК» был введен около 50 лет назад и позже признан не вполне корректным, когда обнаружилось, что некоторые фрагменты « бесполезного» генома выполняют другие важнейшие функции для поддержания жизни клетки.

Было решено расшифровать генетическую информацию раковых клеток целиком, чтобы отследить и изменения в некодирующих генах.

В результате ученые обнаружили тысячи генетических мутаций и описали более 80 процессов, ведущих к поломке генетического кода. Одни из них вызваны возрастными изменениями, другие передаются по наследству, третьи могут быть связаны с вредными привычками или диетой.

Одно из главных открытий состоит в том, что один и тот же вид рака могут вызывать абсолютно разные наборы мутаций. В клетках рака легких было обнаружено до 100 тысяч мутировавших генов, а в некоторых образцах детского рака мутации можно было пересчитать по пальцам.

« Самое удивительное открытие — это то, насколько сильно раковый геном одного пациента отличается от генома раковых клеток другого», — заявил член координационного комитета PCAWG Питер Кэмпбелл.

Однако были выявлены и неожиданные совпадения — например, одна и та же драйверная мутация может привести к развитию рака груди у женщин или рака простаты у мужчин. А значит, методы лечения, разработанные для рака груди, могут оказаться эффективными и в лечении рака простаты.

Некоторые сделанные открытия дают возможность значительно более ранней диагностики заболевания — в частности, выяснилось, что некоторые виды рака начинают формироваться на генетическом уровне задолго до развития опухоли, иногда за несколько лет или даже десятилетий.

« Это показывает, что у нас есть намного больше возможностей раннего вмешательства ( в ситуацию), чем мы думали раньше», — уверяет Кэмпбелл.

Кроме того, составленный по итогам исследования каталог мутаций поможет избежать постановки неверного диагноза, что иногда случается из-за совпадения симптомов разных видов заболевания.

Однако в 5% образцов раковых клеток вообще не было выявлено драйверных мутаций — а это значит, что точное место критической поломки генетического кода еще предстоит установить.

« Если мы поймем, что происходит с нашими здоровыми органами по мере старения, что заставляет мутации накапливаться, почему некоторые клоны бесконечно размножаются, а некоторые угасают, как на этот баланс влияет образ жизни — тогда мы сможем придумать способы раннего вмешательства, чтобы предотвратить или замедлить развитие неизлечимых видов рака», — заключает профессор Кэмпбелл.