Исследователи Purdue впервые доказывают, что измерение механических движений в живых раковых тканях является жизнеспособным и многообещающим подходом для прогнозирования химиорезистентности.
Химиотерапия может спасти жизни, но часто больные раком могут быть устойчивы к назначенной им химиотерапии, что стоит пациенту драгоценного времени. Химиорезистентность — это тема, которую исследователям необходимо лучше понять, чтобы они могли подобрать правильный тип химиотерапии для конкретного пациента, что называется персонализированной медициной.
Необычная пара ученых-ветеринаров и физиков считает, что их метод выявления химиорезистентности может стать новым стандартом персонализированной медицины. Их метод неожиданный: ультразвуковая допплерография. Многие люди, возможно, слышали термин «допплер» либо из сводок погоды, позволяющих обнаружить штормовую активность, либо из будущих родителей, которые впервые видят своего будущего ребенка.
Теперь команда физиков и ветеринарных ученых из Университета Пердью использует ультразвук, чтобы определить, как раковые клетки реагируют на химиотерапию. В настоящее время они используют свой метод персонализированного обнаружения химиотерапии в клинических испытаниях фазы II на людях в Медицинской школе IU, а также используют этот метод в испытаниях на собаках.
Концепция родилась в 2015 году тремя исследователями из Purdue: Дэвидом Нолти, главным исследователем и заслуженным профессором физики и астрономии Эдварда М. Перселла, Джоном Туреком, профессором фундаментальных медицинских наук, и Майклом Чилдрессом, профессором сравнительной онкологии. Нолти из факультета физики и астрономии Научного колледжа Пердью, а Турек и Чилдресс из Колледжа ветеринарной медицины Пердью.
Все трое являются членами Института исследований рака Университета Пердью и опубликовали свои выводы в журнале Scientific Reports .
«Техника, разработанная в Purdue, измеряет движения внутри раковых клеток и то, как эти движения изменяются, когда клетки подвергаются воздействию противораковых препаратов», — объясняет Нолти.
«Поскольку движение является результатом клеточного «механизма», пациенты, которые будут положительно реагировать на химиотерапию, демонстрируют разные механические реакции на лекарства, чем пациенты, которые не будут реагировать. Это может помочь выявить пациентов, для которых химиотерапия не будет успешной, и может быть направлено на более эффективное лечение».
Метод, называемый биодинамической визуализацией (BDI), разрабатывается для лечения рака уже более восьми лет. Команда ранее публиковала свои результаты, отмечая, что этот метод показал потенциал для выявления химиорезистентности, но только при довольно ограниченных условиях заболевания. Это подняло вопрос о том, может ли BDI быть полезным только в особых случаях.
«Текущие исследования показывают, что BDI на самом деле представляет собой универсальный и надежный метод», — говорит Нолте. «Оно показывает схожие результаты для двух видов (человека и собаки) и двух заболеваний (лимфомы и рака пищевода). Это впервые дает убедительные доказательства того, что измерение механических движений в живых раковых тканях является жизнеспособным и многообещающим подходом для прогнозирования состояния пациента. химиорезистентность».
Концепция использования допплера в исследованиях рака кажется маловероятным сценарием. По словам Нолти, концепция и процесс этой техники возникли в результате фундаментальных научных экспериментов. Он сказал, что концепция была доработана благодаря счастливой случайности в сочетании с медленным и устойчивым прогрессом.
«Мы начали работу с культурами раковых тканей, выращенными в лаборатории, поэтому было естественным в конечном итоге перейти к свежим опухолям пациентов», — объясняет он. «Измерения Доплера были тем, к чему мы пришли во время наших экспериментов, поскольку заметили интересные динамические эффекты, которые изначально не ожидали».
Эта команда сформировалась более двух десятилетий назад. Еще в 1999 году в офисе исполнительного вице-президента Purdue по исследованиям состоялась встреча преподавателей Purdue, интересующихся различными аспектами визуализации.
«Доктор Нолти и я встретились на этой встрече и начали работать над использованием технологии с трехмерными опухолевыми сфероидами (небольшими опухолями, выращенными в культуре), которые я выращивал в своей лаборатории», — говорит Турек.
«Мы работали с опухолевыми сфероидами в течение нескольких лет по мере развития технологии. Когда пришло время переходить к опухолям, полученным от пациентов, мы обратились к доктору Чилдрессу и использовали образцы от пациентов с лимфомой собак, чтобы отслеживать их реакцию на лекарства. Работа с собаками образцы были необходимы для определения возможности внедрения технологии в человеческие образцы. От собачьих образцов мы перешли к человеческим образцам. Наше сотрудничество с доктором Шадией Джалал из Медицинской школы АйЮ стало неоценимым и важным компонентом исследования».
«Основное преимущество использования опухолей собак по сравнению с опухолями лабораторных мышей заключается в том, что первые лучше отражают гетерогенность рака человека», — говорит Чилдресс.
«Хотя у всех собак, которых мы изучали, был один и тот же тип рака — лимфома, — рак каждой отдельной собаки был уникальным, некоторые из них были более чувствительными, а другие более устойчивыми к химиотерапии. его для испытаний на людях».
В клетках всех живых существ есть работающий механизм, который очень точно настроен. Когда внешние воздействия нарушают клеточный механизм, механические движения изменяются. Если ученые смогут увидеть разницу в этих изменениях между пациентами, у которых рак чувствителен к лечению, и теми, у кого нет, они смогут изучить эти признаки и использовать их для прогнозирования химиорезистентности у будущих пациентов.
«Более глубокий вопрос заключается в том, что означают подписи», — объясняет Нолти.
«Можно ли интерпретировать признаки хеморезистентности с точки зрения изменений сигнальных путей в клетках и тканях и, возможно, даже генетической экспрессии? На этот вопрос гораздо сложнее ответить, но в настоящее время мы работаем над этим вопросом, сравнивая наши измерения с профилями экспрессии генов. Мы также использовать эталонные соединения, поведение которых известно в клетках, и мы можем сопоставить наши измерения с известными изменениями, которые происходят под действием этих препаратов. Эта часть исследования носит долгосрочный характер».
Нолти говорит, что Purdue оказывает мощную поддержку междисциплинарным исследованиям, что существенно помогает в развитии этого типа исследований. Сочетание этого с преимуществами больницы для мелких животных Университета Пердью при Колледже ветеринарной медицины позволяет команде организовать клинические испытания на пациентах-собаках. Теперь, когда они получили эти многообещающие результаты, команда ожидает, что их следующий гигантский скачок в исследованиях рака будет включать «проспективные» исследования фазы II.
«Текущая фаза II была ретроспективной, в ходе которой клинический ответ пациента был перекрестно проверен по сравнению с прогнозируемым ответом с использованием BDI. Следующим шагом является исследование фазы II, которое является «проспективным», что означает, что мы будем прогнозировать реакцию пациента до начала исследования. химиотерапия», — говорит Нолте.
