Ученые из Института рака Найта (OHSU) опубликовали в Nature Reviews Bioengineering обзор, который официально признает: мы вступили в эпоху, когда рак можно изучать, выявлять и останавливать еще до того, как появятся первые симптомы.
Содержание:
Ежегодно рак уносит 10 млн жизней, и 70% случаев обнаруживают слишком поздно, когда уже болит, есть кровотечение или хорошо видна опухоль. К сожалению, на этом этапе среди доступных методов лечения только химия, облучения и молитвы. Почему так происходит? Вся беда в том, что опухоли на ранних стадиях — размером несколько миллиметров — не видны на МРТ или УЗИ.
«Мы знаем все о метастазах, но очень мало — о начале, — объясняет Хейли Хелмс, аспирантка OHSU и стипендиат Международного альянса раннего выявления рака, главный автор обзора. — Без образцов ранних опухолей трудно понять, почему и как «взбунтовалась» здоровая клетка».
А получить образцы микроскопической опухоли, которая скрыта глубоко в тканях и не визуализируется современными методами диагностики, просто невозможно.
В последние годы онкология переживает технологический бум. Ученые по всему миру разрабатывают инновационные лабораторные модели, позволяющие изучать рак на его самых ранних этапах. Именно на этом этапе злокачественные процессы можно остановить, а лечение дает наилучшие результаты.
Современные «методологии нового подхода» заменяют или дополняют животные модели. Среди них:
Эти системы более точно воспроизводят среду человеческого организма, чем традиционные модели на животных, и позволяют наблюдать, как зарождается рак и какие факторы запускают превращение здоровых клеток в злокачественные.
Более десяти лет назад команда исследователя Луиса Бертассони получила международное признание за прорыв в 3D-печати кровеносных сосудов. В свое время журнал Discover назвал это открытие одним из главных научных прорывов года. Сегодня эти наработки стали фундаментом для создания более сложных моделей — в частности, систем, имитирующих микросреду опухолей костной ткани человека.
Новая платформа, разработанная группой Луиса Бертассони, позволяет:
«В лаборатории мы можем наблюдать и видеть, почему предраковое поражение у одного человека остается таким и никогда не превращается в рак, а у другого оно становится злокачественной опухолью», — говорит Хейли Хелмс.
Все это важно для персонализированной медицины и для отказа от тестирования на животных, к чему постепенно движется FDA.
Органоид – это трехмерная копия человеческого органа размером от 1 до 5 мм, выращенная в лаборатории из стволовых клеток самого пациента. Она не способна полностью функционировать, но воспроизводит клеточный состав, микроструктуру органа и протекающие в нем физиологические процессы (секрецию гормонов, электрическую активность, регенерацию и т.д.).
Раньше лекарство тестировалось на мышах или на универсальных клеточных линиях. Новая технология позволяет тестировать, как подействует тот или иной препарат на рак именно этого человека. Органоид сохраняет все мутации пациента, архитектуру ткани, взаимодействие с иммунными клетками и даже сосуды. Из одной биопсии можно вырастить десятки или сотни органоидов и через 10–14 дней проверить 50–100 препаратов и их комбинаций.
Точность предсказания, как реальная опухоль отреагирует на химиотерапию, составляет 80-94%.
Благодаря органоидам можно:
На сегодняшний день в Нидерландах работает биобанк из более 1500 органоидов от реальных пациентов. В клиниках США и Европы органоидное тестирование уже входит в страховое покрытие для определенных видов рака. В 30-40% случаев рака поджелудочного и колоректального рака органоиды изменили план лечения и спасли людей от бесполезной токсической химиотерапии. Есть случаи, когда благодаря органоидам пациентам подобрали комбинацию, не входившую в стандартные протоколы, и люди живы годами после «неизлечимого» диагноза.
Organ-on-a-chip — это миниатюрные, искусственно созданные модели человеческих органов, помещенные внутри крошечных прозрачных микрочипов.
Они повторяют строение и функции настоящих органов — кровообращение, движение клеток, снабжение кислородом, реакцию на лекарства, механические действия.
Внутри такого чипа находятся:
То есть это фактически микроскопический живой орган в пластиковом чипе, работающий как человеческий.
Самыми продвинутыми моделями являются:
Органы на чипе сегодня позволяют:
В сочетании с 3D-биопечатью и органоидами эта технология становится одним из самых мощных инструментов в исследовании болезней. FDA и Европейское агентство по лекарственным средствам уже официально признали их заменой тестам на животных.
Самое главное: ученые научились в лаборатории намеренно превращать здоровую ткань в раковую и так же намеренно останавливать этот процесс. Это означает, что впервые появилась реальная возможность перехватить рак на этапе предопухолевых изменений, когда 100% пациентов еще можно спасти.
«Раннее обнаружение – важнейший фактор выживания. Теперь мы можем моделировать рак еще до того, как он появится у пациента», – Луис Бертассони, директор Центра точной биофабрикации рака Найта OHSU.
Ученые считают, что через 3-7 лет:
Вывод прост: рак, который мы знали 10 лет назад, перестает быть неизлечимым. Теперь ученые вне тела человека могут увидеть, как зарождается, растет и умирает опухоль и учатся останавливать онкологический процесс на самых ранних стадиях и еще до того, как он начнется.