х можно извлечь из крови и проанализировать, какой груз они несут. Экзосомы раковых клеток указывают на происхождение этих клеток. Они словно передовой отряд, который отправляют разведывать новые органы, куда рак мог бы распространить свои метастазы. Экзосомы переносят онкогенные белки, РНК, фрагменты ДНК и липиды из злокачественных, раковых клеток-доноров к клеткам-реципиентам органа-хозяина и как вблизи, так и издалека подготавливают микроокружение для укоренения и роста приближающихся раковых клеток. Экзосомы помогают создавать дометастатическую нишу в новых ареалах и обеспечивают прогресс заболевания. Протеомный, транскриптомный и геномный анализ экзосом позволил выявить маркеры, которые могут служить жидкостной биопсией для множества солидных опухолей, в том числе при колоректальном раке, опухолях мозга, злокачественных новообразованиях молочной и предстательной железы. Уже разработаны платформы для клинического применения экзосомной диагностики, обладающие большой пропускной способностью. Создано микроструйное устройство, способное профилировать экзосомные микроРНК. Экзосомная диагностика дает более конкретную информацию по сравнению с другими биомаркерами жидкостной биопсии, поскольку экзосомы стабильнее. И наконец, экзосомы могут служить транспортом для доставки вакцин и лекарств от рака.
Следом за экзосомами, которые подготавливают места для метастазов, идут клетки, испускаемые опухолью в кровоток. Циркулирующие опухолевые клетки можно также выявлять с помощью жидкостной биопсии для ранней диагностики рака. Они тоже служат прогностическими маркерами и помогают отслеживать ответ на терапию и выявлять ранние рецидивы. Технологии наподобие метода выделения эпителиальных опухолевых клеток на основании их размера (ISET) позволяют распознавать даже одну аномальную клетку в кубическом сантиметре крови. Когда эти редкие циркулирующие клетки удается отфильтровать, их изучают при помощи иммунных маркеров и гистохимического окрашивания для дальнейшего определения параметров. Одно исследование показало, что в крови шестисот здоровых добровольцев не было найдено ни одной циркулирующей опухолевой клетки, тогда как у всех больных с диагнозом “рак” применение метода ISET выявило присутствие таких клеток, причем их количество было выше на более поздних стадиях болезни. Когда эти методы будут доработаны и станут еще точнее и специфичнее, отслеживание циркулирующих опухолевых клеток может войти в программу плановой диспансеризации здоровых людей.
Золотой век редукционизма, когда мы выискивали гены-подозреваемые по одному и искали одну-единственную волшебную пулю, подошел концу. Занимается заря эры больших данных, облачных вычислений, искусственного интеллекта и сенсоров, которые можно носить на теле. Изучение рака превращается в вычислительную науку, основанную на данных. Сопоставление сведений, полученных при помощи жидкостных биопсий (РНК, ДНК, белки, экзосомы, циркулирующие опухолевые клетки), с результатами гистопатологических и радиологических исследований и сканирования при содействии стремительного машинного обучения, реконструкции изображений, умного программного обеспечения и микроструйных устройств способно произвести переворот в нашем подходе к диагностике и позволит нам в будущем скорее предотвращать, чем лечить рак. Идеальная стратегия родится, когда мы обратим последние достижения научно-технического прогресса на благо междисциплинарного системно-биологического подхода благодаря сотрудничеству ученых, обладающих экспертными познаниями в молекулярной генетике, химии, обработке изображений, физике, инженерном деле, математике и информатике.
Именно этим и занимается Лерой Худ из Института системной биологии в Сиэтле. Он выдвинул новаторскую концепцию распознавания болезни на самой ранней стадии в рамках системы здравоохранения, основанной на “четырех П”: прогнозе, профилактике, персонализации и партнерстве. Худ предлагает искать у условно здоровых людей системы, нарушенные из-за болезни, и придумывать выход из положения как можно раньше; для этого он основал новую медицинскую дисциплину, которую назвал “научный велнес”. Применение системной биологии и стратегий “четырех П” позволит в конце концов персонализировать рак в самом буквальном смысле слова.
После раннего распознавания аномальной клетки встает следующая задача – определить, из какого она органа и каков ее злокачественный потенциал, а затем найти способ немедленно ее уничтожить. По крайней мере в случае МДС и ОМЛ у нас есть все средства, чтобы начать исследования на основании банка тканей. Если изучить отобранные пробы при помощи паномики с целью понять естественную историю предлейкоза и его перехода в острый лейкоз, это приведет к созданию картины изменений на уровне ДНК, РНК и белков при этом переходе. Важнейшую роль в определении маркеров различных событий в ходе болезни в зависимости от ее стадии играют исследования микроРНК, внеклеточной ДНК и экзосом из сыворотки, а также изучение реакции клонов иммунных клеток по мере прогрессирования болезни. Как только мы получим ранние маркеры перехода предлейкоза в острый лейкоз, эти маркеры сообщат иммунной системе организма недостающий “адрес” раковых клеток. Как мы уже знаем, когда раковые клетки выявляются на такой ранней стадии, первым делом надо определить, агрессивна опухоль или нет, поскольку неагрессивные можно и вовсе не трогать. Пробы из нашего банка – идеальный материал для такого исследования, поскольку мы знаем исход болезни у каждого пациента спустя десять лет и больше. Например, у многих пациентов с МДС пробы костного мозга брали многократно, и все они хранятся в нашем банке, и теперь можно изучить самих пациентов и узнать, какие маркеры отличают тех, у кого МДС с большей вероятностью перейдет в лейкоз и приведет к ранней смерти, от тех, кто проживет с МДС больше десяти лет.
Когда у нас появятся биомаркеры, позволяющие определить потенциальную летальность болезни, ранняя атака на рак сможет спасти пациенту жизнь. Упор на искоренение рака в самом начале лучше, чем традиционные “режь-трави-выжигай”. Клеточная терапия – методика, которая сейчас активно развивается, – превосходно подходит для таргетного искоренения единичных аномальных клеток с точностью лазера.
Прогресс в нашем понимании механизмов работы иммунной системы привел к созданию методов лечения с задействованием собственных вооруженных сил организма – Т-клеток и естественных киллеров – для атаки на рак изнутри. Невероятная эффективность CAR-T-клеток приводит к осложнениям при лечении рака на поздних стадиях именно потому, что они такие эффективные: они истребляют все клетки с экспрессией маркера, который они ищут, в том числе и здоровые. Но когда мы выявим больше отличий, позволяющих задать точный адрес раковой клетки, этот исключительный профессионализм CAR-T-клеток станет нам на руку, поскольку мы натравим убийц на раковые клетки, пока их еще мало. Это позволит избежать опасных для жизни цитокинового шторма и синдрома лизиса опухоли, вызываемых разрушением больших объемов опухолевой ткани. В случае МДС при обнаружении ранних маркеров – когда зажжется красная лампочка при появлении первых клеток острого лейкоза – можно применять эти же маркеры для вооружения и активации иммунных клеток и наведения их на цель. Сейчас разрабатываются аналогичные стратегии выявления маркеров первых клеток рака любого типа – молочной железы, легких, простаты, ЖКТ. Разные аспекты этого проекта уже описаны в элегантных исследованиях; особенно хороши работы группы Берта Фогельштейна из Университета Джонса Хопкинса.
Национальный институт рака тоже финансирует исследования во всех этих областях, однако его вклад остается ничтожным по сравнению с деньгами, выделяемыми на исследования на животных и клеточных культурах. Если перенаправить интеллектуальные и финансовые ресурсы с заявок на гранты “по старинке” на финансирование работ по раннему распознаванию рака на материале проб, взятых у больных людей, если ставить перед честолюбивыми учеными интересные и трудные задачи, прогресс радикально ускорится. В этом уравнении недостает только одного слагаемого: признания, что нынешние стратегии потерпели неудачу, готовности развернуться на сто восемьдесят градусов и начать все с начала. Мы уже вложили много сил в то, чтобы научиться находить минимальные остаточные явления болезни. Почему же не пуститься на поиски минимальных начальных явлений болезни с теми же рвением и целеустремленностью?
С точки зрения моей лаборатории, в распоряжении которой находится банк тканей, такой подход к исследованию рака должен начаться с целенаправленного системно-биологического изучения первой тысячи проб сыворотки и костного мозга, взятых у пациентов, которые либо рано умерли (прожили меньше двух лет), либо прожили необычно долго (больше пяти лет). До сих пор мы сравнивали небольшие количества пациентов в такого рода подгруппах, применяя одну или в лучшем случае две омиксные технологии: например, измеряли информационную РНК для профилирования экспрессии генов и/или секвенировали ДНК для выявления мутаций в таргетных генах. Изучение большого количества пациентов одновременно с применением всех доступных технологий для исследования РНК, ДНК и экспрессии белков в разных средах (в крови, костном мозге, мазках со слизистой щеки, в циркулирующих Т-клетках) с большей вероятностью даст сложные профили с четкими клиническими ассоциациями, чем изучение ограниченного числа образцов. Открытия, сделанные в результате полного изучения этих данных с применением современных технологий, затем можно будет использовать для описания следующей группы – набора из еще нескольких тысяч образцов из банка данных – с целью подтверждения биомаркеров. После этого уточненные профили нужно будет использовать при изучении набора образцов для перспективной валидации, чтобы окончательно подтвердить, что выявленные биомаркеры можно применять в клинической практике для живой, динамичной популяции пациентов. Такой подробный ретроспективный анализ банка тканей сквозь призму системной биологии – лучший способ получить данные, позволяющие расширить наши диагностические, прогностические и терапевтические возможности. Когда сопоставление важных белков и профилей генных мутаций укажет на активацию сигнальных путей, о которых мы раньше не подозревали, появятся новые мишени для терапии.