Каждая опухоль имеет уникальный молекулярный адрес, подобный биологическому почтовому индексу, который отличает её от здоровой ткани и других видов рака. Проблема в том, что до сих пор ни у кого не было полной карты этих адресов. Никто не знал точно, где искать в организме человека. Естественных биомаркеров (ДНК, белки) слишком мало, их трудно обнаружить, и они часто дают ложные сигналы тревоги, поскольку они также вырабатываются в процессе нормальной клеточной активности. Однако теперь команда… Технологический институт штата Джорджия Он создал первую версию настоящего атласа опухолей, каталогизирующего специфическую ферментативную активность 14 различных типов рака. С помощью этой карты биоинженерные сенсоры могут циркулировать по всему организму, распознавать код опухоли и выделять синтетические маркеры, обнаруживаемые стандартными тестами. Единый тест для выявления рака молочной железы, легких, предстательной железы и одиннадцати других видов рака.
Проект, который картирует все виды рака
Когда Технологический институт Джорджии получил контракт на 49,5 миллионов долларов отАгентство перспективных исследовательских проектов в области здравоохранения (ARPA-H) цель была ясной, но рискованной: создать атлас опухолей, способный служить руководством для проведения множественного тестирования на рак до того, как опухоли станут видны при традиционном сканировании. Как сообщается в официальном пресс-релизе, деньги не были гарантированы. Команда под руководством биоинженера Гейб Квонг Ему нужно было доказать, что идея работает, иначе финансирование прекратилось бы.
Два года спустя они преодолели критический порог. Команда создала первый прибор, способный измерять активность ферментов вокруг опухолей и здоровых клеток, а затем использовала его. для картирования уникальных молекулярных сигнатур 14 различных типов рака. Этот атлас опухолей является основой для разработки датчиков, которые циркулируют в организме, распознают специфический «штрихкод» опухоли и выделяют в кровь легко обнаруживаемые маркеры.
Как объясняет Квонг:
«Если я хочу отправить датчик в определённую область тела, сегодня нет способа точно его направить. Мы вводим его системно, и он распространяется по тканям. Главное преимущество заключается в том, что теперь мы определяем участки ткани с помощью определённого молекулярного штрихкода. При системном введении датчик должен активироваться только при совпадении штрихкода с тканями в данной области».
Зачем был нужен атлас опухолей
Около 20% людей в мире заболеют раком в течение жизни (в Америке 40%, согласноАмериканское онкологическое общество). Большинство из них обнаруживают на поздней стадии, когда лечение сложнее, дороже и менее эффективно. Современные методы скрининга (колоноскопия, маммография, анализ на ПСА) работают, но каждый из них выявляет только один тип рака за раз. И часто это происходит только тогда, когда опухоль уже достаточно велика, чтобы быть видимой.
Поиск естественных биомаркеров (циркулирующей опухолевой ДНК, специфических белков) столкнулся с проблемой: эти вещества присутствуют в ничтожно малых количествах и также вырабатываются в процессе нормальной клеточной активности, что приводит к ложноположительным результатам. Традиционные датчики не знают, где искать. Они активируются везде, создавая фоновый шум вместо чётких сигналов.
В рамках проекта CODA (Атлас рака и деградации органов) Они изменили свой подход. Вместо поиска редких молекул в крови команда картировала активность ферментов вокруг опухолей. Каждый тип рака имеет уникальный профиль ферментов, своего рода молекулярный отпечаток. Это как иметь конкретный адрес, а не бродить по нему в надежде случайно кого-то встретить.
Как работают умные датчики
На втором этапе проекта команда завершает работу над атласом опухолей и тестирует три различных типа сенсоров. Все они используют «молекулярную логику» для распознавания опухолевых клеток и реагирования на них. Это похоже на многофакторную систему аутентификации: одного фермента недостаточно; для активации сенсора необходимы несколько ферментных сигналов в одном месте.
Когда сенсор распознаёт полный код (специфическую комбинацию ферментов для данной опухоли), он выделяет в кровь синтетический маркер. Этот маркер разработан таким образом, чтобы его можно было легко обнаружить с помощью стандартных лабораторных тестов, без фонового шума, характерного для естественных биомаркеров.
Росс УрихРуководитель программы ARPA-H, курирующий проект CODA, подчёркивает, что «предварительные исследования на доклинических моделях весьма многообещающие. Прототипы датчиков, разработанные группой, уже превосходят аналогичные биомаркеры, представленные на рынке, в обнаружении небольших опухолей».
Как это уже произошло с другими инновационными диагностическими технологиямиЦель состоит в том, чтобы обеспечить надежные, недорогие и доступные тесты в больших масштабах.
Постоянно развивающийся атлас рака
Квонг сотрудничает с Джон Блейзек из Факультет химической и биомолекулярной инженерии e Пэн Цю из Кафедра биомедицинской инженерии Коултера В Технологическом институте Джорджии. Ключевые партнёры включают биоинженерию Таль Данино из Колумбийский университет e Мин Сюэ из Система Здоровья Горы Синай.
Первая версия атласа опухолей включает несколько моделей для каждого типа рака, демонстрируя эффективность подхода. Однако атлас разработан как живой документ: по мере поступления новых данных карта расширяется и становится более точной. В будущем она также будет доступна другим исследователям, желающим разработать новые инструменты скрининга рака.
«Основная предпосылка заключается в том, что борьба с раком молочной железы отличается от борьбы с раком легких, который, в свою очередь, отличается от борьбы со здоровой легочной тканью», — объясняет Квонг.
Каждая ткань имеет свой собственный почерк, как район с уникальными архитектурными особенностями.
От научной фантастики к клинике
Звучит невероятно? Так и есть. Модель ARPA-H разработана для ускорения реализации высокорисковых идей в области здравоохранения, требующих крупных инвестиций. Квонг подсчитал, что при традиционном подходе к исследованиям достижение такого результата заняло бы 20–30 лет. Проект CODA нацелен на реализацию этой цели через 3–5 лет: 2028–2030 годы.
«Это вопрос масштаба и охвата», — говорит Квонг. «С обычным исследовательским подходом я не уверен, что когда-нибудь доберусь до этого. Этот подход позволяет всё сжать и выполнить работу за три-пять лет».
После завершения работы над атласом опухолей и проверки датчиков планируется коммерциализировать многоканальные тесты, которые можно будет применять в широких масштабах. Тесты, способные заменить маммографию, колоноскопию и ПСА. с помощью одного анализа крови, способного обнаружить 14 различных типов рака, когда они еще малы и поддаются лечению.
В следующий раз, когда датчик, циркулирующий в организме, распознает молекулярный код невидимой опухоли, это будет не просто удача. А то, что у него была карта.
И он точно знал, где искать.
