Биоинженерные модели для раннего выявления рака

Ученые из Университета здоровья и науки Орегона (OHSU) совершили настоящий прорыв: впервые в истории человечества они научились в лабораторных условиях превращать абсолютно здоровую человеческую ткань в предраковую и раковую, а затем наблюдать, почему у одних людей этот процесс останавливается сам собой, а у других стремительно переходит в злокачественную опухоль.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Reviews Bioengineering, показывает, что с помощью трех передовых технологий – органоидов, органов-на-чипе и 3D-биопечати на уровне отдельных клеток – теперь можно буквально «вырастить» рак с нуля и остановить его на любой стадии.

Подробнее об открытии

Команда профессора Луиза Бертассони создала уникальный чип, который полностью воспроизводит костно-опухолевую среду с сосудами, иммунными клетками и межклеточным матриксом. На этом чипе ученые берут здоровые клетки пациента, печатают из них нормальную ткань, а затем вводят мутации или внешние факторы – и наблюдают, как запускается канцерогенез. Главное открытие заключается в том, что одни и те же предраковые изменения в одних моделях полностью регрессируют, а в других за считанные недели превращаются в агрессивную опухоль.

«Раннее выявление – один из ключевых факторов выживания при раке. Эти новые технологии дают нам окно в то, как формируется и прогрессирует рак, что открывает дверь к пониманию раннего рака, прокладывая путь к более ранней диагностике и даже предсказанию начала рака», – заявил Луиз Бертассони, Ph.D., руководитель исследования.

Его коллега Хейли Хелмс, M.S., поясняет: «Мы можем сначала построить здоровую ткань и использовать разные инструменты, чтобы превратить ее в рак. Мы также можем взять живые раковые клетки от пациента и добавить их в модель. В лаборатории мы можем наблюдать: “Почему преканцерозное поражение у одного человека остается таким и никогда не превращается в рак, а у другого – становится злокачественной опухолью?”»

Эти модели уже официально признаны FDA как полноценная замена экспериментам на животных, и позволяют:

• за недели, а не годы, проверять, какие факторы (курение, воспаление, генетические варианты) запускают рак у конкретного человека;
• находить биомаркеры, которые можно будет искать в обычном анализе крови за 5–10 лет до появления опухоли;
• тестировать лекарства и иммунотерапию на персонализированной модели пациента еще до начала лечения;
• понять, почему у 80 % людей с предраковыми изменениями (например, в шейке матки или кишечнике) они исчезают сами, и как заставить организм делать это всегда.

В отличие от плоских культур клеток в чашках Петри, новые модели учитывают все: трехмерную структуру, кровоток, жесткость ткани, гипоксию и даже взаимодействие с иммунной системой. Это делает их в десятки раз точнее при предсказании поведения опухоли в реальном теле.

Перспективы

Уже сегодня в OHSU Knight Cancer Institute такие модели используют для пациентов с высоким риском: берут их стволовые клетки, печатают персональную ткань и буквально «проигрывают» сценарий развития рака через 10–15 лет. Если модель показывает агрессивный рост – пациенту сразу предлагают превентивные меры: от изменения образа жизни до профилактической иммунотерапии.

Ученые уверены, что через 5–7 лет благодаря этим технологиям диагностика рака перестанет быть «по факту опухоли», а станет настоящим предсказанием и предотвращением. Нулевая стадия перестанет быть мифом – ее будут видеть и останавливать задолго до того, как человек почувствует хоть один симптом.