Výskumníci na ETH Zürich vo Švajčiarsku použili počítačové simulácie, aby ukázali, že štruktúra tkaniva pri rôznych typoch rakoviny je rozhodujúca pri určovaní toho, ako sa nádor vyvíja. Tieto informácie by mohli v budúcnosti umožniť cielenejšiu liečbu pacientov.
Skutočnosť, že každý nádor je iný, robí z liečby rakoviny jednu z najkomplexnejších oblastí medicíny. Degenerovaná rakovinová bunka rastie do mozaiky bunkových populácií, ktoré neustále získavajú nové mutácie. A každá z týchto bunkových populácií – alebo „klonov“ – môže na liečbu reagovať odlišne.
Moderné liečebné prístupy sa zameriavajú na tie bunkové populácie, ktoré významne prispievajú k rastu nádoru. Lekári odoberajú vzorky nádorového tkaniva a pomocou sekvenovania DNA určujú relatívnu veľkosť klonov a ich špecifické mutácie.
Často však nie je jasné, či a prečo sa určitá bunková populácia usadí v nádore, takže je ťažké predpovedať ďalší vývoj rakoviny a podľa toho zvoliť správnu liečbu.
Počítačový model ukazuje vývoj nádoru
Medzinárodný výskumný tím vedený Nikom Beerenwinkelom, profesorom na oddelení biosystémov na ETH Zürich, ukázal, že architektúra tkaniva je kľúčovým faktorom pri určovaní toho, ako sa bunkové populácie šíria pri rôznych typoch rakoviny.
Výskumníci simulovali vývoj nádoru pomocou počítačového modelu, ktorý na rozdiel od predchádzajúcich modelov berie do úvahy nielen mutácie, ale aj spôsob, akým sú rakovinové bunky usporiadané v postihnutom tkanive a ako sa šíria. Ich výsledky boli publikované v odbornom časopise Nature Ecology a Evolution.
Ako vysvetlil Robert Noble, hlavný autor štúdie: „Populácie buniek v nádoroch medzi sebou súťažia o obmedzené zdroje, ako je priestor, živiny a kyslík.“ To znamená, že otázka, či nová mutácia poskytuje bunkovej populácii výhodu prežitia, závisí od toho, ako interaguje s populáciami susedných buniek.
Rakovinové bunky sú v permanentnej konkurencii
Napríklad v prípade rakoviny krvi je v kostnej dreni až 100 000 kmeňových krvných buniek vo forme veľkej, uniformnej komunity interagujúcej s bunkami. Degenerovaná kmeňová bunka s mutáciou, ktorá poskytuje výhodu prežitia, sa môže rýchlo etablovať v tejto bunkovej zásobe.
Naproti tomu bunky podieľajúce sa na vzniku rakoviny hrubého čreva sú umiestnené rozdelené do malých výklenkov, ktoré sú oddelené mikroskopickými záhybmi črevnej steny. Kvôli vysoko kompartmentalizovanému charakteru biotopu sa rakovinové bunky s prospešnými mutáciami šíria pomaly.
Teória, že priestorová štruktúra tkaniva ovplyvňuje vývoj nádoru, existuje vo výskume rakoviny už nejaký čas. Nová štúdia je však prvou, ktorá tento aspekt systematicky skúma. Počítačový model výskumníkov ETH Zürich ukazuje tkanivo vo špecificky šíriacich sa populácií mutovaných buniek pre rôzne typy rakoviny.
Simulácie súhlasia s architektúrou skutočných nádorov
Novovyvinutý počítačový model ukazuje tkanivovo špecifického šírenia populácií mutovaných buniek pre rôzne typy rakoviny. Pre každý typ rakoviny výskumníci vykonali tisíce simulácií a porovnali výsledky s priestorovo rozlíšenými údajmi o sekvenovaní DNA zo skutočných vzoriek ľudských nádorov. Predpovede počítačového modelu súhlasia s klinickými údajmi.
Ako uviedol Beerenwinkel: „Naše výsledky ukazujú, že je potrebné vziať do úvahy konkrétnu priestorovú štruktúru každého nádoru, aby sme získali presný obraz o procesoch.“
Štúdia tiež poskytuje plán pre novú generáciu modelov špecifických pre pacienta v diagnostike rakoviny. Noble, ktorý teraz vedie skupinu na City, University of London, dodal: „V budúcnosti by lekári mohli byť schopní použiť tieto modely na lepšie predpovedanie toho, či konkrétny nádor bude reagovať na liečbu.“
Viac informácií:
Noble, R., Burri, D., Le Sueur, C. et al. Spatial structure governs the mode of tumour evolution. Nat Ecol Evol (2021). DOI: 10.1038/s41559-021-01615-9call_made
Zdroj: https://ethz.ch, zverejnené: 8. 2. 2022, autor: rpa
