211service.com
DNA čipy se zaměřují na rakovinu
V rámci přípravy na menší chirurgický zákrok potřeboval John Leventhal rutinní rentgen hrudníku. Když se lékař z New Havenu, CT, připojil k radiologovi, který zkoumal film, byl šokován tím, co viděl: neprůhlednou skvrnou hluboko v plicích. Jako lékař, říká Leventhal, vás na lékařské fakultě učí, že když vidíte takovou masu, znamená to rakovinu plic. Leventhalovo lékařské školení ho také naučilo, že k potvrzení diagnózy mu lékaři budou muset rozlousknout hrudní koš, aby získali kousek podezřelé tkáně, kterou by patolog důkladně prozkoumal – což je extrémně bolestivá a nebezpečná operace. Víkend před operací odjel Leventhal na rodinnou lyžařskou dovolenou. Vzpomíná si, jak si myslel: Tohle je naposledy, co půjdu lyžovat na dlouhou, dlouhou dobu.
To bylo před pěti lety. Dnešní způsob, jak se lékařská profese vypořádat s rakovinou, se může změnit. Přibližně ve stejné době, jakou prošel Leventhal
chirurgie, výzkumníci ze Stanfordské univerzity a Santa Clara, startup Affymetrix se sídlem v CA, začali budovat první DNA mikročipy. Obvykleji známé jako DNA čipy, jedná se o křemíkové, skleněné nebo plastové destičky pokryté DNA, schopné analyzovat tisíce genů najednou. , například identifikovat ty, které jsou aktivní ve vzorku buněk. Nyní se zdá, že tyto mikročipy jsou připraveny zapojit se do války proti rakovině. Ředitel National Cancer Institute Richard Klausner předpovídá, že DNA čipy budou mít obrovský vliv na diagnostiku a léčbu této nemoci.
Tento příběh byl součástí našeho vydání z července 2001
- Viz zbytek čísla
- předplatit
Jedním z důvodů vzrušení je, že DNA čipy nabízejí zcela nový – a potenciálně mnohem dřívější, jednodušší a přesnější způsob detekce rakovinných buněk. Většina forem rakoviny zůstává nepovšimnuta, dokud se nevyvinou boule, kašel nebo bolesti, kdy je často pozdě. A dokonce i tehdy, jakmile patolog získá biopsii z nádoru, rozlišení jedné formy rakoviny od druhé může být obtížné nebo dokonce nemožné se stávajícími technikami, které zahrnují pozorování deformací v architektuře buněk pod mikroskopem. Lepší diagnostické informace by mohly být použity k lepšímu rozhodování o léčbě, možná by mohly být rozdílem mezi životem a smrtí.
během příštích dvou let patologové očekávají, že začnou používat nástroje založené na DNA čipech k odhalení genetických rozdílů mezi buňkami; tyto výmluvné rozdíly by mohly být použity k tomu, aby pomohly odhalit rakovinné buňky dlouho předtím, než se rozvinou symptomy, a odlišit jeden typ rakoviny od druhého. Stručně řečeno, čipy poskytnou genetický profil rakovinné buňky, který lze číst jako rapový list zločince. Lékař bude vědět, kde rakovinná buňka vznikla, jak daleko pokročila a které terapie budou nejlépe fungovat k zastavení jejího dalšího růstu a šíření.
Leventhal měl štěstí. Jeho plicní biopsie byla negativní a příští zimu se vrátil na sjezdovky. Trvalo mu měsíc, než se zotavil z biopsie, a dnes má uprostřed hrudníku rozzlobenou jizvu, která mu připomíná utrpení. Do konce dekády je pravděpodobné, že pacient jako Leventhal bude moci invazivní diagnostické postupy úplně vynechat. Zařízení založené na DNA čipu by mohlo být schopno přečíst vzorek sputa přímo v ordinaci lékaře a zkontrolovat genetické změny v plicních buňkách, které se přirozeně odlučují do viskózní tekutiny. Pokud jsou zprávy špatné, pacient může mít řadu nových možností léčby. Je to proto, že čipy DNA také urychlují objevování nových a lepších léků na rakovinu. Jsme na prahu nové éry, říká Klausner. Technologie jako DNA čipy nám řeknou nejen to, že něco nemusí být v pořádku, ale také co to je a co s tím můžeme dělat.
Rychlost sběru
Vzhledem k tomu, že každý druhý muž a jedna ze tří žen ve Spojených státech pravděpodobně někdy v životě onemocní rakovinou – a podle American Cancer Society se jen letos očekává, že na tuto nemoc zemře asi 560 000 Američanů – pokroky nemohou přijít dostatečně rychle. Až 500 výzkumných laboratoří v akademické sféře a průmyslu již využívá DNA čipy k vývoji nových genetických obrazů různých druhů rakoviny. V roce 1999 samotný National Cancer Institute poskytl 4,1 milionu dolarů 24 americkým akademickým institucím zabývajícím se rakovinou na zřízení nebo modernizaci center microarray. Mezitím farmaceutický a biotechnologický průmysl čerpá z informací získaných z čipů DNA, aby vyvinul nové a lepší diagnostické testy a efektivnější protirakovinné léky s méně vedlejšími účinky. Ve skutečnosti všechny velké farmaceutické společnosti a nejméně tucet biotechnologických firem již používají čipy DNA k boji proti rakovině.
Velké výrobní společnosti jako Agilent Technologies, Corning a Motorola přitom vidí potenciál čipů DNA. Všichni tři se spojili s akademickými výzkumnými centry, aby přišli s DNA čipy, které budou analyzovat geny související se specifickými druhy rakoviny. A zatímco v současnosti jsou čipy DNA příliš drahé na to, aby mohly konkurovat stávajícím diagnostickým technologiím, zapojení těchto výrobců a jejich výrobních zařízení by mohlo snížit ceny až na 10 dolarů za čip, jakmile se rozšíří velkoobjemová výroba.
Aby čipy DNA pomohly vyhrát válku s rakovinou, bude to samozřejmě vyžadovat značné úsilí – a roky dalšího vývoje. Za prvé, DNA čipy generují tuny dat a výzkumníci budou muset posílit své výpočetní schopnosti a stanovit datové standardy, aby tomu všemu dalo smysl ( vidět Gene Babel , TR duben 2001 ). A jakékoli nové léky nebo diagnostická zařízení se budou muset osvědčit v klinických studiích. Ale první plody snah o aplikaci DNA čipů do rakoviny – nové diagnostické nástroje – by mohly začít zachraňovat životy již na konci příštího roku. První protirakovinné léky vyvinuté pomocí DNA čipů vstoupí do lidských testů přibližně ve stejnou dobu a desítky dalších budou následovat. Se všemi těmi novými dostupnými nástroji nemusí v současnosti neléčitelné formy rakoviny jednoho dne znamenat rozsudky smrti.
Profily v Raku
Prvním krokem k této velkolepé vizi je vygenerování profilu genů, které se aktivují nebo vypnou, když se normální buňka stane rakovinnou. Zatímco většina genů je v jakékoli dané buňce v kteroukoli dobu klidná, ty, které jsou aktivní nebo exprimované, říci hodně o zdraví této buňky. A přestože mnozí z nás mají tendenci si myslet, že nemoci jsou způsobeny konkrétními geny – řekněme gen pro Huntingtonovu chorobu nebo cystickou fibrózu – většina nemocí ve skutečnosti zahrnuje komplikované interakce mezi velkým souborem různých genů. Avšak stejně jako lze otisky prstů člověka odlišit prakticky od všech ostatních pouze malým počtem rozdílů, určitý druh genetického otisku prstu, který může zahrnovat sto aktivních genů nebo dokonce méně, může rozlišit buňky vykazující i ty nejranější známky rakoviny.
Krása použití technologie, jako jsou čipy DNA, k nalezení otisků prstů, říká Klausner, spočívá v tom, že nejsme omezeni předpojatými znalostmi nebo představami. Jinými slovy, vyšetřovatelé rakoviny již nemusejí zkreslovat své experimenty tím, že se jednotlivě dívají na geny, o nichž se domnívají, že by mohly být spojeny s konkrétní rakovinou. Místo abychom se soustředili na jeden gen, vysvětluje výzkumník National Cancer Institute Louis Staudt, pomocí mikročipů se můžeme podívat na celý genom a nechat rakovinnou buňku, aby nám řekla, jaké jsou důležité geny.
Vlajkovou lodí ve snahách National Cancer Institute demonstrovat platnost přístupu na čipu DNA je takzvaný projekt molekulárního profilování lymfomu/leukémie, který řídí Staudt. Studie se zabývá difuzním velkobuněčným B-lymfomem, relativně běžnou rakovinou bílých krvinek, která každoročně postihuje více než 15 000 lidí ve Spojených státech. Když onkologové těmto pacientům poskytnou standardní chemoterapii, asi 40 procent zareaguje rychle. Jejich rakovina se rozplyne a většina je stále naživu pět let po diagnóze. Ale z těch dalších 60 procent většina takové štěstí nemá. Rakovina může nakrátko přejít do remise, ale když se vrátí, vrátí se s pomstou. Několik pacientů má v tomto okamžiku prospěch z radiační léčby a transplantací kostní dřeně, ale pro většinu je již příliš pozdě na zastavení šíření nemoci. Je zřejmé, že na těchto dvou skupinách je něco jiného, ale pod mikroskopem patologa vypadají jejich rakovinné buňky identicky.
Překvapivou odpovědí je, že tito pacienti reagují na léčbu odlišně, protože ve skutečnosti trpí úplně jinými typy lymfomů. Pomocí toho, co nazvali Lymphochip, přizpůsobený čip DNA Affymetrix, Staudt a skupina ve Stanfordu vedená genetikem Davidem Botsteinem objevili výrazné genetické rozdíly mezi rakovinou u pacientů s velkobuněčným B-lymfomem, kteří zemřeli, a těch, kteří přežili. Byl jsem ohromen tím, co jsme našli, říká Botstein. Ve skutečnosti se dívali na dvě různé nemoci. Je to pozoruhodné, říká Staudt. Našli jsme v této nemoci něco, co nám po celá ta léta, co se na to patologové zabývali, chybělo.
Podobné projekty nyní probíhají na profilování různých forem rakoviny, od různých typů melanomu po rakovinu tlustého střeva. Většina ostatních nádorů má podobný obraz jako lymfom: některým pacientům se zlepší a některým ne, ale předpovědět, kdo bude na terapii reagovat, je nemožné. Pokud by existoval způsob, jak identifikovat pacienty, kteří nebudou reagovat na standardní chemoterapii, lékaři by se mohli okamžitě obrátit na alternativní léčbu – a zachránit životy. Opravdu, říká Pat Brown, genetik ze Stanfordské univerzity, který pomohl vynalézt jeden ze dvou hlavních typů DNA čipů, Stejný příběh vychází pro spoustu druhů rakoviny, na které se díváme – rakoviny s různými klinickými výsledky mají různé molekulární podtypy. . A znalost přesného podtypu rakoviny, která pacienta postihuje, by mohla lékařům pomoci vybrat správnou léčbu hned od začátku.
Zdokonalující se detekce
Jakmile vědci budou znát otisky prstů různých druhů rakoviny, budou schopni vyrobit přizpůsobené DNA čipy, které mohou lékaři použít k diagnostice pacientů s dříve neslýchanou přesností. Staudt říká, že učebnice diagnostiky rakoviny budou během příštích tří až čtyř let přepsány [diagnostika založená na čipu DNA] se velmi brzy stane rutinní technologií.
Ale schopnost číst jemné genetické změny by lékařům umožnila udělat víc, než jen určit přesnou identitu rakoviny; mohlo by jim to také pomoci přečíst si včasné varovné signály, že normální buňky se blíží k rakovině – dlouho předtím, než jsou takové změny patrné patologovi. V to každopádně doufá genetik rakoviny z University of South Florida Melvyn Tockman. On a jeho kolegové pracují na metodě včasné detekce rakoviny plic – metodě, která by mohla z jizvy Johna Leventhala udělat pozůstatek lékařského temného věku.
Vědci odebírají vzorky sputa bývalým kuřákům a pomocí DNA čipů analyzují, které geny jsou aktivní v plicních buňkách. Porovnáním genetického profilu těchto poškozených buněk s profily zdravých i rakovinných plicních buněk Tockman doufá, že nalezne otisk prstu, který naznačuje, že se rakovina teprve tvoří. V budoucnu by pacient s rizikem rakoviny plic mohl podstoupit jednoduchý test na DNA čipu na tento genetický otisk pokaždé, když šel na pravidelnou prohlídku.
To je několik let v budoucnosti, ale počáteční přínos DNA čipů při detekci rakoviny může přijít ještě dříve. Výzkumníci již tyto čipy používají k identifikaci výmluvných proteinů, které lze detekovat konvenčními nástroji pro screening rakoviny. Pokud má rakovina sto jedinečně exprimovaných genů, vysvětluje Mohan Iyer, viceprezident pro rozvoj podnikání v Santa Clara, diaDexus se sídlem v Kalifornii, cílem je najít jeden [z proteinů, které tyto geny kódují], který lze použít v jednoduchý krevní test pro screening jedinců na rakovinu. Pokud by se zjistilo, že protein je jedinečný pro určitou rakovinu, říká Iyer, standardní nemocniční zařízení by ho mohlo snadno detekovat ve vzorku krve.
Díky nástrojům DNA čipů, které nyní pomáhají identifikovat proteiny spojené s rakovinou prsu, plic, tlustého střeva a vaječníků, abychom jmenovali alespoň některé, Incyte Genomics, Corning a několik dalších společností vyvíjí nové screeningové metody založené na proteinech pro diagnostiku onemocnění. . Tyto nové testy by se měly začít dostávat do diagnostických laboratoří zhruba v příštích dvou letech.
Léky, rychle
Ale lepší diagnostika začne dělat skutečný rozdíl, až když bude spojena s účinnější léčbou, léčbou, která je vyladěna pro boj s konkrétními typy rakoviny. I když dokážete rozlišit 50 různých lymfomů, říká patolog z Yale University School of Medicine Michael Kashgarian, co na tom záleží, jestli je to typ A nebo typ Z, pokud je terapie stejná?
V této oblasti objevování léků na rakovinu hrají klíčovou roli také čipy DNA. Stejně jako rychlá analýza velkého počtu genů pomáhá profilovat rakovinu pro lepší diagnostiku, poskytuje také cenné vodítka k tomu, jak napadnout rakovinné buňky.
Výzkumníci dlouho věřili, že vývoj nových terapií by začal nalezením genů spojených s rakovinou, ale poslední dvě desetiletí byla plná zklamání. Stephen Friend, kdysi výzkumný pracovník v oblasti onkologie na Whitehead Institute for Biomedical Research v Cambridge, MA a nyní výkonný ředitel Rosetta Inpharmatics v Seattlu, obviňuje to, co nazývá můj oblíbený genový přístup. Biomedicínští výzkumníci by strávili roky sledováním jednoho genu spojeného s konkrétní rakovinou, pak by pokračovali s předpokladem, že tento gen nebo protein, který kódoval, by byl skvělým cílem pro nové léky. Ale Friend říká, že šance byly v 999 z 1000 případů, že se mýlíte. Velmi málo genů pracuje samostatně a v tak jednoduchých a přímých vztazích s tělem, aby způsobilo onemocnění. Bože, byli jsme hloupí! on říká.
Friend je nyní přesvědčen, že technologie jako DNA čipy, které umožňují výzkumníkům najít všechny geny podílející se na nemoci, jsou správnou cestou. (Rosetta hraje roli v takovém výzkumu prodejem softwaru a dalších služeb pro čtení mikročipů.) Nejenže mohou DNA čipy pomoci identifikovat všechny potenciální cíle léků pro daný typ nádoru, ale mohou také pomoci vyloučit geny, které jsou aktivní zdravé tkáně. Tímto způsobem mohou výrobci léků vyvinout přesně zacílené léčebné postupy, které zabíjejí rakovinné buňky, aniž by poškodily jiné části těla. Léky, říká Friend, budou vyvíjeny za desetinu nákladů a za třetinu času zlepšením cílení a zajištěním sloučenin. nezaznamenávejte nežádoucí vedlejší účinky.
Eos Biotechnology, společnost z jižního San Francisca, která vyvíjí nové terapie rakoviny pomocí DNA čipů od svého partnera Affymetrix, sází, že má pravdu. V laboratořích společnosti drží viceprezident genomického výzkumu David Mack jeden z těchto čipů, který obsahuje prakticky celou sadu lidských genů. Schopnost generovat lidský genom na čipu je dnes neuvěřitelná, říká. Eos používá čipy jako platformu, na které porovnává genetickou aktivitu v normálních lidských buňkách a řekněme v buňce rakoviny prsu. Počítače pak mohou vytřídit geny, které jsou aktivní pouze v nemocné buňce. Navíc mohou vybrat právě ty geny, které představují nejlepší cíle pro léky.
Podle tradičního paradigmatu vývoje léků, jakmile výzkumníci identifikují sadu potenciálních cílů, začnou klopýtat vpřed do testů na zvířatech a lidech, se vzdělanými odhady, které potenciální léky by mohly být účinné proti danému cíli a které z těchto kandidátů na léky by mohly být účinné. mají toxické vedlejší účinky. Velmi často se problémy kandidáta projeví až mnohem později – za obrovské náklady na čas a peníze.
Naproti tomu Eos nadále používá mikročipy a další velkoobjemové genomické techniky k testování léků, lépe předpovídá, které budou nejúčinnější a nejméně toxické, než vůbec začne nákladnější testování. Podle Macka vidíme věda nyní, což nebylo předchozí paradigma. Částečně díky použití DNA čipů společnost plánuje v nadcházejícím roce zahájit klinické testování svého prvního léku, který útočí na schopnost nádoru vytvářet si vlastní zásobu krve udržující život. - s více než tuctem dalších protirakovinných léků, které budou rychle následovat. Příslib, že tyto technologie ovlivní pacienty, je konečně tady, říká.
Zatímco DNA čipy existují teprve pět let, pomohly již dostat řadu nových léků do ropovodů farmaceutických společností a identifikovat mnoho potenciálních nových léčivých cílů a zdrojů časnější diagnózy. Díky těmto pokrokům je Je pravděpodobné, že léčba rakoviny bude v příštím desetiletí komplexnější a účinnější. Nakonec se otisk rakovinného prstu každého pacienta setká se správným lékovým koktejlem nebo kombinací terapií. Lékaři budou mít nové nástroje pro diagnostiku a léčbu rakoviny mnohem dříve – když jsou šance na vyléčení mnohem lepší – a pro sledování pokroku pacienta, což zajistí, že si nádory nevyvinou rezistenci vůči léčbě.
Může trvat déle než deset let, než se takové praktiky stanou normou, ale pokud a až se tak stane, změní vše pro lidi jako John Leventhal. Jeho (nesprávná) diagnóza rakoviny plic přišla, když byl ve věku, ve kterém byl jeho vlastní otec dostal zprávu o rakovině, která ho nakonec zabila – skutečnost, která umocnila Leventhalovu hrůzu, když se dozvěděl, že by mohl mít rakovinu. Ale pokud by se jeho děti někdy ocitly ve stejných botách, možná se nebudou mít tolik čeho bát.