Нове дослідження показує зв’язок між виживанням пацієнтів і змінами маси пухлинних клітин після лікування гліобластоми.
Дослідники в MIT та Інститут раку Дани-Фарбер розробили новий спосіб визначення того, чи будуть окремі пацієнти реагувати на конкретні ліки від раку чи ні. Цей вид тесту може допомогти лікарям вибрати альтернативні методи лікування для пацієнтів, які не реагують на терапію, яка зазвичай використовується для лікування раку.
Нова техніка, яка передбачає видалення пухлинних клітин у пацієнтів, обробку клітин препаратом, а потім вимірювання змін у масі клітин, може бути застосована до широкого спектру видів раку та медикаментозного лікування, каже Скотт Маналіс, лікар David H. Кох, професор інженерії на кафедрах біологічної інженерії та машинобудування, член Інституту інтегративних досліджень раку імені Коха.
«По суті, усі клінічно використовувані ліки від раку прямо чи опосередковано зупиняють ріст ракових клітин», – говорить Маналіс. «Ось чому ми вважаємо, що вимірювання маси може запропонувати універсальне зчитування ефектів багатьох різних типів механізмів наркотиків».
Нове дослідження, яке зосереджено на гліобластомі, агресивній формі раку мозку, є частиною співпраці Інституту Коха та програм Dana-Farber Precision Medicine для пошуку нових біомаркерів та діагностичних тестів на рак.
Маналис і Кіт Лігон, директор Центру моделей, отриманих від пацієнта, Дана-Фарбер і доцент Гарвардської медичної школи, є старшими авторами дослідження, яке було опубліковано 5 жовтня 2021 року в Cell Reports. Провідними авторами статті є Макс Стокслагер С.М. '17, доктор філософії '20 і технік-дослідник Дана-Фарбер Сет Маліновський.
Вимірювання ракових клітин
Гліобластома, яка діагностується приблизно у 13,000 XNUMX американців на рік, невиліковна, але променеве та медикаментозне лікування можуть допомогти продовжити очікувану тривалість життя пацієнтів. Більшість з них не виживає довше одного-двох років.
«З цією хворобою у вас не так багато часу, щоб вносити зміни. Отже, якщо ви приймаєте неефективний препарат протягом шести місяців, це досить важливо», — каже Лігон. «Цей вид аналізу може допомогти пришвидшити процес навчання для кожного окремого пацієнта та допомогти у прийнятті рішення».
Пацієнтам з діагнозом гліобластома зазвичай призначають хіміопрепарат під назвою темозоломід (TMZ). Однак цей препарат допомагає лише приблизно 50 відсоткам пацієнтів.
Наразі лікарі можуть використовувати генетичний маркер — метилювання гена під назвою MGMT — щоб передбачити, чи будуть пацієнти реагувати на лікування TMZ. Пацієнти, які мають цей маркер, зазвичай краще реагують на препарат. Однак маркер не дає надійних прогнозів для всіх пацієнтів через інші генетичні фактори. Для пацієнтів, які не реагують на TMZ, є кілька альтернативних ліків, за словами Лігона, або пацієнти можуть вибрати участь у клінічному дослідженні.
В останні роки Manalis і Ligon працювали над новим підходом до прогнозування відповідей пацієнтів, який базується на вимірюванні реакції пухлинних клітин на лікування, а не на геномних сигнатурах. Цей підхід відомий як функціональна точна медицина.
«Ідея функціональної точної медицини полягає в тому, що для лікування раку ви можете взяти пухлинні клітини пацієнта, дати їм ліки, які пацієнт може отримати, і передбачити, що станеться, перш ніж дати їх пацієнту», — каже Лігон.
Вчені працюють над багатьма різними підходами до функціональної прецизійної медицини, і одна з технік, яку застосовували Маналис і Лігон, — це вимірювання змін клітинної маси, які відбуваються після лікування препаратом. Підхід заснований на технології, розробленої лабораторією Маналиса для зважування окремих клітин з надзвичайно високою точність пропускаючи їх вібраційні мікроканали.
Кілька років тому Manalis, Ligon та їхні колеги продемонстрували, що вони можуть використовувати цю технологію, щоб проаналізувати, як два типи раку, гліобластома та гострий лімфобластний лейкоз, реагують на лікування. Цей результат був заснований на вимірюванні окремих клітин кілька разів після лікування препаратом, що дозволило дослідникам розрахувати, як змінилася швидкість їхнього росту з часом після лікування. Вони показали, що ця статистика, яку вони назвали швидкістю нагромадження маси (MAR), добре передбачала, чи були клітини сприйнятливі до даного препарату.
Використання високопродуктивна версія цієї системи, яку вони розробили в 2016 році, вони могли розрахувати точний MAR, використовуючи лише 100 клітин на пацієнта. Однак недоліком техніки MAR є те, що клітини повинні залишатися в системі протягом кількох годин, щоб їх можна було зважувати знову і знову, щоб розрахувати швидкість росту з часом.
У своєму новому дослідженні дослідники вирішили перевірити, чи зможе простіший і значно швидший підхід — вимірювання тонких змін у розподілі маси однієї клітини між раковими клітинами, які отримували ліки, і нелікованими — міг передбачити виживання пацієнтів. Вони провели ретроспективне дослідження з набором живих клітин пухлин гліобластоми від 69 пацієнтів, переданих в лабораторію Ligon і Центр моделювання пацієнта Dana-Farber, і використали їх для вирощування культур сфероїдної тканини. Після розділення клітин дослідники обробили їх TMZ, а потім виміряли їх масу через кілька днів.
Вони виявили, що просто вимірюючи різницю в масі між клітинами до і після лікування, використовуючи лише 2,000 клітин на зразок пацієнта, вони могли точно передбачити, чи реагує пацієнт на TMZ чи ні.
Кращі прогнози
Дослідники показали, що їх вимірювання маси було настільки ж точним, як і маркер метилювання MGMT, але вимірювання маси має додаткову перевагу в тому, що воно може працювати у пацієнтів, для яких генетичний маркер не виявляє сприйнятливості до TMZ. Для багатьох інших видів раку не існує біомаркерів, які можна використовувати для прогнозування реакції на ліки.
«Більшість видів раку взагалі не мають геномного маркера, який можна використовувати. Ми стверджуємо, що цей функціональний підхід може працювати в інших ситуаціях, коли у вас немає жодного варіанту геномного маркера», – каже Маналіс.
Оскільки тест працює шляхом вимірювання змін маси, його можна використовувати для спостереження за дією багатьох різних типів ліків від раку, незалежно від механізму їх дії. TMZ працює, зупиняючи клітинний цикл, що призводить до збільшення клітин, оскільки вони більше не можуть ділитися, але вони все ще збільшують свою масу. Інші ліки від раку діють шляхом втручання в метаболізм клітин або пошкодження їх структури, що також впливає на клітинну масу.
Довгострокова сподівання дослідників полягає в тому, що цей підхід можна використовувати для тестування кількох різних препаратів на клітинах окремого пацієнта, щоб передбачити, яке лікування буде найкращим для цього пацієнта.
«В ідеалі ми б перевірили препарат, який пацієнт, швидше за все, отримає, але ми б також перевірили речі, які були б резервним планом: лікування першої, другої та третьої лінії або різні комбінації ліків», — каже Лігон. , який також обіймає посаду завідувача невропатології в лікарні Brigham and Women's Hospital і консультанта з патології в Бостонській дитячій лікарні.
Маналис і Лігон заснували компанію під назвою Travera, яка ліцензувала цю технологію і зараз збирає дані зі зразків пацієнтів з кількох різних типів раку в надії розробити клінічно підтверджені лабораторні тести, які можна використовувати для допомоги пацієнтам.
Довідка: «Функціональне тестування на чутливість до ліків з використанням одноклітинної маси передбачає результати лікування в моделях нейросфери раку, отриманих від пацієнта», Макс А. Стокслагер, Сет Маліновський, Мехді Туат, Дженніфер С. Юн, Джек Гедулдіг, Махнур Мірза, Аннет С. Кім , Патрік Ю. Вен, Кін-Хо Чоу, Кіт Л. Лігон і Скотт Р. Маналіс, 5 жовтня 2021 р., Cell Reports.
DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109788
Дослідження профінансовано Центром точної онкологічної медицини Массачусетського технологічного інституту, Центром DFCI для моделей, отриманих від пацієнтів, Консорціумом біології ракових систем Національного інституту раку та грантом підтримки Інституту Коха (основним) від Національного інституту раку.