Расчеты химиков могут способствовать предсказанию рака: подход ученых к динамике клеток создает новое представление о риске на протяжении всей жизни

Биомаркеры в крови могут выявить, повернули ли мутировавшие клетки в сторону образования опухолей, и сколько времени, в зависимости от типа рака, может занять этот процесс. Это может дать пациентам представление о риске, с которым они сталкиваются, прежде чем они заболеют.

Химик риса Анатолий Коломейский, научный сотрудник постдокторантуры Хамид Теймури и аспирантка Мария Кочугаева направили свои теоретические знания в области моделирования случайных (стохастических) процессов на проблему того, почему раковые клетки, которые обычно разрушаются иммунной системой организма, иногда преодолевают сопротивление защитных сил. стать опухолью.
Исследование, опубликованное в Scientific Reports, предназначено для прояснения микроскопических аспектов инициации рака, точки, в которой случайные мутации «фиксируются» в клетках, которые передают их и в конечном итоге подавляют ткани.

В рамках своего исследования исследователи рассчитали вероятности фиксации для 28 типов рака, чтобы увидеть, как они соотносятся с доступными клиническими данными о рисках рака в течение всей жизни, и обнаружили, что корреляция была совсем не точной.
«Проблема с раком в том, что мы обнаруживаем его слишком поздно», – сказал Коломейский, профессор химии и заведующий кафедрой Школы естественных наук Райс Висс. Исследователи утверждают, что их «удобный, простой и универсальный» метод оценки динамики возникновения рака должен включать динамику возникновения для конкретных типов рака, а также установленные пожизненные риски.

Коломейский имеет большой послужной список открытий, связанных с клеточными механизмами, особенно с моторными белками, которые транспортируют грузы в клетках, и редактированием генома.

Вдохновленный неожиданным комментарием коллеги о том, что его расчеты выглядят так, как будто они могут быть связаны с раком, Коломейский отправился выяснять, можно ли применить его математический подход к динамике возникновения рака.
Основываясь на своих формулах, исследователи разработали диаграмму, коррелирующую пожизненные риски и время возникновения для 28 типов рака – и обнаружили очень мало, чтобы связать эти два вида рака. «Это указывает на то, что пожизненные риски рака не могут быть использованы для оценки опасности заболеть раком», – пишут исследователи, предполагая, что время фиксации, указывающее на инициирование опухоли, является более важным показателем.

Например, диаграмма показывает, что колоректальная аденокарцинома с FAP несет наивысший пожизненный риск, но время ее фиксации, составляющее 15 лет, почти в три раза больше, чем у аденокарциномы двенадцатиперстной кишки с FAP, которая, как считается, имеет гораздо более низкий пожизненный риск. На другом конце шкалы фиксации находятся гепатоцеллюлярные карциномы, возраст которых превышает 31000 лет.
В своих расчетах сравнивали «приспособленность» отдельных клеток с мутациями, связанными с раком, с нормальными клетками без них, и как быстро они делятся.

Ткань с мутантными клетками, которые делились в соотношении 1: 1 с нормальными клетками, медленнее всего «фиксировала» опухоли.
Исследователи предположили, что мутантные клетки с преимуществом в скорости быстрее вылечивают опухоли, и были правы. Но они были удивлены, когда их модели показали, что клетки с невыгодными мутациями (деление медленнее нормального) также иногда быстрее, чем нормальные клетки, чтобы исправить.

«Люди обычно подсознательно предполагают, что что-то более вероятное произойдет быстрее», – сказал Коломейский. «Но мы обнаружили, что это не относится к раку. Врачи должны принимать решения не только о риске для жизни, как это обычно делается, но и о динамике, которую мы рассчитали в качестве наших основных результатов.
«Главное, что мы можем рассчитать, с большим количеством предположений, среднее время до того, как рак начнется», – сказал он. «Мы также утверждаем, что вероятность рака обычно плохо коррелирует со временем его начала. Что-то более вероятное не обязательно произойдет быстро.»

Мутантные клетки, выделяющие биомаркеры в кровоток, могут обеспечить лучший способ выявления предраковых состояний.
«В будущем это может стать частью персонализированной медицины», – сказал Коломейский. «Врач делает вам тест и проверяет долю мутировавших клеток в ваших тканях.
Затем вы можете оценить, сколько времени пройдет, прежде чем мутировавшие клетки займут всю ткань. Если это 100 лет, вам, вероятно, не стоит слишком беспокоиться.

Но если это один год, возможно, вам придется принять решительные меры.»
Он сказал, что модель, безусловно, улучшится по мере включения более важных параметров. Но все, что он производит сейчас и в будущем, не должно удерживать человека от здорового образа жизни.

«Мы не говорим, что вы заболеете или не заболеете раком, что бы вы ни делали», – сказал Коломейский. «Просто вероятность разная. Если вы курите, плохо питаетесь или не занимаетесь спортом, вероятность будет выше.»