Výzkumníci z MIT a Dana-Farber Cancer Institute vyvinuli nový způsob, jak určit, zda jednotlivý pacient s rakovinou bude reagovat na konkrétní lék. Jejich metoda zahrnuje vystavení buněk léku a následné měření změn jejich hmotnosti pomocí zařízení podobného tomu, které je znázorněno. Kredit: Obrázek s laskavým svolením výzkumníků. Pozadí: iStockPhoto
Nová studie ukazuje souvislost mezi přežitím pacientů a změnami v mase nádorových buněk po léčbě glioblastomem.
Výzkumní pracovníci na MIT a Dana-Farber Cancer Institute vyvinuli nový způsob, jak určit, zda jednotliví pacienti budou reagovat na konkrétní lék proti rakovině, nebo ne. Tento druh testu by mohl lékařům pomoci vybrat alternativní terapie pro pacienty, kteří nereagují na terapie běžně používané k léčbě rakoviny.
Nová technika, která zahrnuje odstranění nádorových buněk z pacientů, ošetření buněk lékem a následné měření změn v buněčné hmotě, by mohla být aplikována na širokou škálu rakovin a léků, říká Scott Manalis, David H. Koch Profesor inženýrství na odděleních biologického inženýrství a strojního inženýrství a člen Kochova institutu pro integrovaný výzkum rakoviny.
"V podstatě všechny klinicky používané léky proti rakovině buď přímo, nebo nepřímo zastavují růst rakovinných buněk," říká Manalis. "Proto si myslíme, že měření hmotnosti by mohlo nabídnout univerzální odečet účinků mnoha různých typů mechanismů léků."
Nová studie, která se zaměřila na glioblastom, agresivní formu rakoviny mozku, je součástí spolupráce mezi programy Koch Institute a Dana-Farber Precision Medicine s cílem nalézt nové biomarkery a diagnostické testy pro rakovinu.
Manalis a Keith Ligon, ředitel Centra pro modely odvozené od pacientů na Dana-Farber a docent na Harvard Medical School, jsou hlavními autory studie, která byla zveřejněna 5. října 2021 v Zprávy Cell. Hlavními autory článku jsou Max Stockslager SM '17, PhD '20 a výzkumný technik Dana-Farber Seth Malinowski.
Měření rakovinných buněk
Glioblastom, který je diagnostikován u asi 13,000 XNUMX Američanů ročně, je nevyléčitelný, ale radiační a medikamentózní léčba může pomoci prodloužit očekávanou délku života pacientů. Většina nepřežije déle než jeden až dva roky.
"S touto nemocí nemáte moc času na úpravy." Takže pokud užíváte neúčinný lék po dobu šesti měsíců, je to docela významné, "říká Ligon. "Tento druh testu by mohl pomoci urychlit proces učení pro každého jednotlivého pacienta a pomoci při rozhodování."
Pacientům s diagnostikovaným glioblastomem je obvykle podáván chemoterapeutický lék zvaný temozolomid (TMZ). Tento lék však pomáhá jen asi 50 procentům pacientů.
V současné době mohou lékaři použít genetický marker – metylaci genu zvaného MGMT – k předpovědi, zda budou pacienti reagovat na léčbu TMZ. Pacienti, kteří mají tento marker, obvykle lépe reagují na lék. Marker však nenabízí spolehlivé předpovědi pro všechny pacienty kvůli jiným genetickým faktorům. Pro pacienty, kteří nereagují na TMZ, je k dispozici několik alternativních léků, říká Ligon, nebo se pacienti mohou rozhodnout zúčastnit se klinické studie.
V posledních letech Manalis a Ligon pracovali na novém přístupu k předpovídání reakcí pacientů, který je založen na měření toho, jak nádorové buňky reagují na léčbu, spíše než na genomických signaturách. Tento přístup je známý jako funkční precizní medicína.
„Myšlenka funkční přesné medicíny spočívá v tom, že v případě rakoviny byste mohli vzít pacientovy nádorové buňky, dát jim léky, které by pacient mohl dostat, a předpovědět, co se stane, než je pacientovi dáte,“ říká Ligon.
Vědci pracují na mnoha různých přístupech k funkční přesné medicíně a jedna technika, kterou Manalis a Ligon sledují, je měření změn v buněčné hmotě, ke kterým dochází po léčbě drogami. Tento přístup je založen na technologii vyvinuté laboratoří Manalis pro vážení jednotlivých článků s extrémně vysokou přesnost tím, že jimi proudí vibrační mikrokanály.
Před několika lety Manalis, Ligon a jejich kolegové prokázali, že mohou tuto technologii použít k analýze toho, jak dva typy rakoviny, glioblastom a akutní lymfoblastická leukémie, reagují na léčbu. Tento výsledek byla založena na několikanásobném měření jednotlivých buněk po léčbě léky, což výzkumníkům umožnilo vypočítat, jak se po léčbě měnila rychlost jejich růstu v průběhu času. Ukázali, že tato statistika, kterou nazvali míra akumulace hmoty (MAR), silně predikovala, zda jsou buňky citlivé na daný lék.
Použití verze s vysokou propustností tohoto systému, který vyvinuli v roce 2016, dokázali vypočítat přesnou MAR s použitím pouhých 100 buněk na pacienta. Nevýhodou MAR techniky je však to, že buňky musí zůstat v systému několik hodin, takže je lze znovu a znovu vážit, aby bylo možné vypočítat rychlost růstu v průběhu času.
Ve své nové studii se vědci rozhodli zjistit, zda jednodušší a výrazně rychlejší přístup – měření jemných změn v distribuci hmoty jednotlivých buněk mezi rakovinnými buňkami léčenými léky a neléčenými – by byl schopen předpovědět přežití pacientů. Provedli retrospektivní studii se souborem živých nádorových buněk glioblastomu od 69 pacientů, darovaných laboratoři Ligon a Dana-Farber Center for Patient Derived Models a použili je k pěstování sféroidních tkáňových kultur. Po oddělení buněk je vědci ošetřili TMZ a o několik dní později změřili jejich hmotnost.
Zjistili, že pouhým měřením rozdílu hmotnosti mezi buňkami před a po léčbě, s použitím pouhých 2,000 XNUMX buněk na vzorek pacienta, mohli přesně předpovědět, zda pacient reagoval na TMZ nebo ne.
Lepší předpovědi
Výzkumníci ukázali, že jejich měření hmotnosti bylo stejně přesné jako metylační marker MGMT, ale měření hmotnosti má další výhodu v tom, že může fungovat u pacientů, u kterých genetický marker neodhalí citlivost na TMZ. Pro mnoho dalších typů rakoviny neexistují žádné biomarkery, které lze použít k predikci lékové odpovědi.
„Většina rakovin nemá genomický marker, který by se dal vůbec použít. Tvrdíme, že tento funkční přístup by mohl fungovat v jiných situacích, kdy nemáte žádnou možnost genomického markeru,“ říká Manalis.
Protože test funguje na základě měření změn hmotnosti, lze jej použít k pozorování účinků mnoha různých typů léků proti rakovině, bez ohledu na jejich mechanismus účinku. TMZ funguje tak, že zastaví buněčný cyklus, což způsobí, že se buňky zvětší, protože se již nemohou dělit, ale stále zvyšují svou hmotnost. Jiné léky proti rakovině působí tak, že zasahují do metabolismu buněk nebo poškozují jejich strukturu, což také ovlivňuje buněčnou hmotu.
Dlouhodobou nadějí vědců je, že tento přístup by mohl být použit k testování několika různých léků na buňkách jednotlivých pacientů, aby bylo možné předpovědět, která léčba by pro daného pacienta fungovala nejlépe.
„V ideálním případě bychom testovali lék, který pacient s největší pravděpodobností dostane, ale také bychom testovali věci, které by byly záložním plánem: terapie první, druhé a třetí linie nebo různé kombinace léků,“ říká Ligon. , který také slouží jako vedoucí neuropatologie v Brigham and Women's Hospital a konzultant patologie v Boston Children's Hospital.
Manalis a Ligon spoluzaložili společnost s názvem Travera, která licencovala tuto technologii a nyní shromažďuje data ze vzorků pacientů z několika různých typů rakoviny v naději, že vyvinou klinicky ověřené laboratorní testy, které lze použít k pomoci pacientům.
Odkaz: „Funkční testování citlivosti na léky pomocí jednobuněčné hmoty předpovídá výsledek léčby v modelech neurosféry rakoviny odvozené od pacienta“ od Max A. Stockslager, Seth Malinowski, Mehdi Touat, Jennifer C. Yoon, Jack Geduldig, Mahnoor Mirza, Annette S. Kim , Patrick Y. Wen, Kin-Hoe Chow, Keith L. Ligon a Scott R. Manalis, 5. října 2021, Zprávy Cell.
DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109788
Výzkum byl financován MIT Center for Precision Cancer Medicine, DFCI Center for Patient Derived Models, Cancer Systems Biology Consortium of the National Cancer Institute a Koch Institute Support (core) Grant od National Cancer Institute.
