Implantovateľné pasce na rakovinové bunky

Šance na prekonanie rakoviny závisia od toho, ako skoro ju odhalíme. Niektoré orgány, ako napríklad pľúca, sú z tohto pohľadu problémové, pretože v ich prípade sa na pokročilú formu často príde až vtedy, keď začnú zlyhávať. To by teraz mala vylepšiť implantácia pascí schopných vychytávať zhubné bunky.

Chemická štruktúra polykaprolaktónu
Kľúčovú úlohu pri vyšetrovaní nádoru zohráva biopsia. Myslí sa tým zákrok, pri ktorom chirurgovia – pri klasickej operácii alebo pomocou endoskopu s klieštikmi, prípadne vpichom špeciálnou dutou ihlou – odstránia z orgánu kúsok tkaniva. Podozrivé bunky sa potom v laboratóriu histologicky a cytologicky vyšetrujú, aby sa získali informácie o povahe novotvaru, agresivite zhubne rastúcich buniek a riziku tvorby metastáz. Mnoho druhov rakoviny má svoje typické podpisy v podobe génovej a proteínovej expresie. Pomocou týchto značiek onkológovia stanovujú diagnózu a zostavujú indexy, ktoré naznačujú prognózu budúceho vývoja a sú vodidlom pri začatí liečby, jej zmene, prípadne ukončení.

Včasné odhalenie a výber liečby sú pre prekonanie rakoviny zásadné. V prípade orgánov, ako už spomínaných pľúc alebo pankreasu, je problém získať vzorky tkaniva. Aj keď klasická biopsia (tu máme na mysli chirurgickú) má svoje výhody, napríklad poskytuje reprezentatívny a dostatočný počet buniek na vykonanie testov a podáva ucelený obraz o prebiehajúcich procesoch, naráža na problémy s odberom a jeho opakovateľnosťou. Rezať alebo pichať do pľúc len preto, že sa nám niečo nezdá, nemusí byť tým najlepším riešením. Zvyšuje sa tým riziko jednak toho, že sa v rane začne dariť infekcii, a jednak že sa zákrokom uvoľnené nádorové bunky roznesú a umožnia vznik druhotných ložísk. S odberom vzoriek sa preto často váha. Neznalosť optimálnej liečby je veľmi častou príčinou, pre ktorú nás rakovina predbehne. Aby k tomu nedochádzalo, hľadajú sa neinvazívne vyšetrovacie metódy.

Hitom posledného obdobia sa stala „tekutá biopsia“ (niekedy označovaná ako „kvapalná biopsia“). Vykonáva sa pomocou vyšetrenia krvi a využíva sa pri nej to, že aj nádorové bunky zanikajú, rozpadávajú sa a svoju DNA uvoľňujú do krvného riečiska. Štandardne je DNA v bunke (v bunkovom jadre), ak sa však začne len tak voľne potulovať, náš organizmus ju z krvi rýchlo eliminuje. Rakovinové bunky sa však často množia veľmi rýchlo, takže ich recyklačný aparát nedokáže všetky likvidovať. Tekutá biopsia využíva práve už spomínané potulujúce sa útržky genetického kódu. Keďže ide o vyšetrenie DNA, ktorá sa nenachádza v bunke, začalo sa jej hovoriť „bezbunková“. V prekladoch (nie len do slovenčiny) sa až príliš často stretávame s pojmom „nebunková DNA“, čo je nesprávne, ale bez ohľadu na to, aký pojem sa nakoniec ujme, je také vyšetrenie prínosom. Má to však háčik. Koncentrácia molekúl nukleových kyselín pôvodom z nádorových buniek je v krvi veľmi nízka a ťažko sa odlišuje od pozadia. Pozadím sa v tomto prípade myslia bežné nezmutované molekuly pôvodom zo zdravých buniek, lebo aj tie nám občas v tele zaniknú. Zdravé bunky majú na začiatku rakoviny v tele absolútnu prevahu a tento nepomer spôsobuje, že metóda tekutej biopsie je do istej miery nespoľahlivá.

Keď to zjednodušíme, ide o techniku, ktorá dokáže pracovať s minimálnym množstvom DNA a umožňuje tzv. včasné zachytenie rakoviny. Povie nám však len málo o tom, čo sa s nádorom v tele deje, a nespĺňa pôvodné očakávania. Je pri nej potrebné mať vždy na mysli, že počet nádorových buniek a ich DNA, ktoré prechádzajú do krvi, je malý. Je známe, že len asi 0,01 % cirkulujúcich nádorových buniek predstavuje bunky, ktoré sú schopné vyvolať vznik metastatických ložísk a ktorých DNA je možné odlíšiť od bežných cirkulujúcich imunitných buniek. Laicky povedané, pri hľadaní ihly v kope sena pomocou kvapalnej biopsie treba mať veľké šťastie. A aj keď ho máme, z výsledku nemožno posúdiť, aké množstvo ihiel tam ešte je, ani nakoľko je liečba úspešná.

Čistý polykaprolaktón od firmy ALLEVI
Pred niekoľkými dňami kolektív Američanov z Michiganu a Detroitu popísal metódu, ktorá odstraňuje uvedené problémy biopsií. A to klasickej, založenej na operačnom zásahu do orgánu, ako aj tekutej s obmedzenou výpovednou hodnotou. V prípade tekutej biopsie sa kladie dôraz na schopnosť zistiť prítomnosť zhubného ložiska z veľmi malého množstva molekúl vo vzorke. Súčasná novinka rieši problém z opačného konca. Jej základom je vychytávanie podozrivého materiálu na akúsi pomyselnú hromádku. Až keď sa v pasci nazbiera dostatok substrátu, pristúpi sa k vykonaniu testov. S dostatkom materiálu sa pracuje jednoduchšie, ale hlavne nehrozia falošné výsledky.

Kladenie pascí

V publikácii autori uvádzajú, že ako pascu použili „porézny PCL“. Je to veľmi dobrá správa, pretože nejde o nič zvláštne. Konkrétne ide o poly ε-kaprolaktón, teda lacný biologicky rozložiteľný a kompatibilný kopolymér. Do medicíny si pred časom našiel cestu pod záhadným názvom „inteligentné hydrogély“. Ich špecialitou je uvoľňovanie účinných látok v závislosti napríklad od pH, teploty… Zdravá časť populácie má šancu stretnúť sa s kaprolaktónom napríklad v špecializovaných obchodoch, kde sa dbá na to, aby sa pri predávaných náhradách primerane skĺbila pevnosť s poddajnosťou a vlastnosťami jemnej sliznice (názov neuvádzame, pretože pozorné oko Google by nás opäť penalizovalo).

Kaprolaktónové „minipasce“ s miestom ich uloženia pod kožu u myší (označené krúžkami). Zdroj: R. Oakes, Department of Biomedical Engineering, University of Michigan
V našom prípade vedci využili akúsi dvojakosť kopolyméru. Aj keď sa o ňom v medicínskej literatúre píše, že ho organizmus toleruje, nie je to celkom pravda. Predsa len pre telo predstavuje cudzinca, a preto na seba púta pozornosť imunitného systému. Nie je to vyslovene boj, ide len akési nasmerovanie bielych krviniek „pre každý prípad“. V tomto prípade sa tento vedľajší účinok ukázal veľmi žiaduci. O bielych krvinkách je totiž známe, že priťahujú (viažu na seba) bunky, ktoré sa im z nejakého dôvodu nepozdávajú. Hydrogél teda funguje ako pasca, v ktorej sa hromadia aj zdravé imunitné bunky, aj tie zhubné (rakovinové). Ako si povieme neskôr, obidve kategórie buniek sú potrebné, pokiaľ chceme dobre vedieť, čo sa v pacientovom tele deje. To, čo autori štúdie nazvali implantačnými pascami, pripomína gombíky na košeli. Len sú menšie (priemer pol centimetra, hrúbka dva milimetre) a je v nich oveľa viac dierok. Aby sa bunkám v minipasciach páčilo čo najviac, je v nich množstvo dier (veľkosť pórov: 250 – 425 mikrometrov).

Lonnie D. Shea, profesor biomedicínskeho inžinierstva, vedúci výskumného kolektívu Shea Lab, University of Michigan
Samotné kladenie pascí tiež nie je zložité. Dávajú sa pod kožu a zákrok pripomína čipovanie. Teoreticky je možné ich umiestniť kdekoľvek, ale pretože sa testovanie realizovalo na myšiach, vedci zvolili chrbát kvôli ľahkému prístupu. Každému pacientovi ich vložili pod kožu hneď niekoľko. To preto, aby pri ich postupnom vyberaní (v týždenných intervaloch) bolo možné priebežne zisťovať, ako sa po odstránení primárneho nádoru rakovine v tele darí alebo nedarí. Vlastné vyšetrenie v praxi prebieha tak, že sa jedna z pascí vyberie a dá na stôl genetikovi, najlepšie imunogenetikovi, ktorý zo zachytených buniek dokáže zistiť najviac. V tomto prípade nešlo ani tak o prítomnosť génov, ako o to, či a ako veľmi sú rakovinové gény v bunkách funkčné (spustené). Na aké obrátky funguje konkrétny gén, sa dá zistiť okľukou. Stačí sa pri skúmaní vzorky zamerať na RNA, nie na DNA. RNA totiž ukazuje, aké množstvo povelov zapísaných v DNA vysiela jadro do cytoplazmy a ako sa na základe príkazov bunka správa (vrátane toho, aké si vytvára na svojom povrchu pracovné nástroje – receptory).

Prvým krokom v laboratóriu je teda izolovanie RNA z pasce. Následne sa pomocou enzýmu (reverzná transkriptáza) prepíše na DNA (deoxyribonukleovej kyseliny). Izolovať niečo, čo je vo vzorke už prítomné sa zdá trochu nelogické. Prečo to prebieha tak komplikovane pochopíme vtedy, keď si uvedomíme možnosti techniky, ktorá sa v odbornom jazyku nazýva RT-qPCR. Ide o nástroj, pomocou ktorého sa nielenže vytvárajú komplementárne molekuly DNA podľa molekúl RNA, ale pretože získanú DNA rozmnožuje pomocou polymerázovej reťazovej reakcie, stačí dodávané stavebné kamene označiť fluorescenčnou farbou, a hneď tým (podľa toho, ako veľmi vzorka svieti) získame informácie o expresii daných úsekov (génov DNA). Laicky povedané, o tom, aké množstvo rakovinových buniek koluje pacientovi v tele aj akého typu sú tie bunky (podľa zloženia funkčných génov).  Vedci v rámci pokusu sledovali viac ako 600 génov. Približne sto z nich sa u chorých na rakovinu prejavilo podstatnými zmenami. Tých s vysokou výpovednou hodnotou bolo iba asi desať a z nich polovica signalizovala prítomnosť metastáz.

Kaprolaktónová pasca priťahuje nielen biele krvinky, ale aj rakovinové bunky. Zdroj: University of Michigan

Fungovanie novej metódy v praxi si vedci overili na pokusoch so živými zvieratami. Rakovinu u nich vyvolali transplantáciou rakovinového tkaniva. Následne sledovali ich zdravotný stav. Dôležité na tom je, že bunky získané pomocou pascí poskytovali rovnaký obraz o vývoji rakoviny, aký vedci získali rozborom buniek získaných klasickou biopsiou (čo sa o metóde tekutej biopsie nedalo povedať). V prípade pascí nejde len o zachytenie agresívnych nádorových buniek indikujúcich vznik metastáz, ale aj zdravých buniek imunitného systému. Aj tie je možné informačne využiť. Gény riadiace povrchové antigény na bunkách poskytujú predstavu o aktivácii imunitného systému. V preklade do zrozumiteľného jazyka, signalizujú odhodlanie lymfocytov, makrofágov a dendritických buniek skrížiť zbrane so zhubnými bunkami, čím vlastne idú liečbe cytostatikami, rádioterapiou… v ústrety. Keď to zhrnieme, zavedenie metódy do liečebnej praxe by sa prejavilo vo včasnejšom zachytení chorých. V prípade už liečených pacientov by sa skôr potvrdila remisia aj recidíva. Ošetrujúci lekár by mal skôr jasno v tom, kedy môže liečbu obmedziť a dopriať pacientovi čas na zotavenie, a kedy je naopak potrebné „pritvrdiť“.

Záver

Vyšetrovacia metóda „kladenia pascí“, popísaná v najnovšom čísle odborného časopisu Cancer Research, má všetky predpoklady ukázať svoje prednosti aj v klinickej praxi a zlepšovať vyhliadky chorých s rakovinou orgánov, z ktorých sa vzorky tkaniva na vyšetrenie získavajú ťažko a s veľkým rizikom pre pacienta.


Literatúra

  1. Robert S. Oakes, et al.: Metastatic citioning of myeloid cells at a subcutaneous synthetic niche reflects disease progression and predicts therapeutic outcomes, Cancer Research (2019). DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-19-1932
  2. Philipp Jurmeister et al.: Machine learning analysis of DNA methylation profiles distinguishes primary lung squamous cell carcinomas from head and neck metastases, Science Translational Medicine (2019). DOI: 10.1126/scitranslmed.aaw8513
Hodnotenie článku
inVitro 1/2020 Poruchy dýchania

inVitro 1/2020

Poruchy dýchania

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 1/2020 Poruchy dýchania. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro