Kada je reč o dijagnozi, stadijumu i proceni raka, patolozi se više od jednog veka oslanjaju na histologiju – ispituju ćelije i tkiva pod mikroskopom da bi identifikovali izdajničke obrasce.
Sada je tim predvođen istraživačima sa Harvardske medicinske škole razvio novi alat koji obećava da će poboljšati način na koji patolozi vide i procenjuju tumor pružanjem detaljnih tragova o raku. Alat, nazvan Orion, kombinuje histološke sa molekularnim informacijama i nudi dublji uvid u tip tumora, ponašanje i verovatan odgovor na lečenje.
Izveštaj o radu tima objavljen je 22. juna u časopisu Nature Cancer.
Orion se sastoji od moćne digitalne platforme za snimanje koja integriše informacije dobijene tradicionalnom histologijom sa detaljima otkrivenim molekularnim snimanjem na uzorku tumora.
Istraživači su koristili Orion da analiziraju uzorke tumora od više od 70 pacijenata sa kolorektalnim karcinomom. Alat je pružio komplementarne histološke i molekularne informacije o svakom uzorku tumora i identifikovao biološke markere, ili biomarkere, koji su bili češći kod pacijenata sa ozbiljnom bolešću. Ovi biomarkeri sastojali su se od specifičnih kombinacija karakteristika tumora, obično zasnovanih na broju i svojstvima imunih ćelija i drugih ćelija, koji su predviđali kako će se pacijenti sa kolorektalnim karcinomom ponašati.
„Ovaj rad je kritičan sledeći korak za preuzimanje principa o karakteristikama tumora koje razvijamo u istraživačkom prostoru i pretvaranje ih u alat koji je zapravo koristan u klinici“, rekao je Sandro Santagata, vanredni profesor patologije HMS-a u Brigamu. i Ženska bolnica i ko-stariji autor rada sa Peterom Sorgerom, profesorom sistemske farmakologije HMS Otto Kraier.
Istraživači se nadaju da će uz dalje usavršavanje Orion poboljšati dijagnozu i lečenje raka i drugih bolesti pružajući lekarima dodatne detalje o tumorima ili drugim uzorcima pacijenata. Važno je da ove detaljne informacije mogu otkriti karakteristike i obrasce koji pomažu naučnicima da razviju biomarkere kako bi bolje predvideli kako će se bolest ponašati, čime bi se omogućilo da se tretman optimizuje za svakog pacijenta.
Sorger, Santagata i njihov tim proveli su proteklih nekoliko godina razvijajući i poboljšavajući alate za snimanje uzoraka ljudskog tkiva. U prethodnoj studiji Cell, istraživači su kombinovali tehniku multipleksnog snimanja pod nazivom ciklična imunofluorescencija, ili CiCif, sa histologijom – bojenjem uzorka tumora hematoksilinom i eozinom, ili H&E – da bi mapirali kolorektalni karcinom.
Njihove mape, koje su besplatno dostupne drugim naučnicima na mreži, pružaju neviđeni nivo detalja o ovim tumorima, uključujući informacije o tome kako su raspoređeni prostorno, kako se formiraju i napreduju i kako stupaju u interakciju sa različitim imunim ćelijama.
Ipak, naučnici su želeli da odvedu svoj posao korak dalje tako što su alate za snimanje dizajnirane u istraživačkom okruženju učinili dostupnim kliničarima koji provode dane gledajući uzorke tumora pod mikroskopom kako bi prikupili informacije potrebne za dijagnozu i lečenje pacijenata.
Vodeći autor studije Jia-Ren Lin, direktor platforme u Laboratoriji za sistemsku farmakologiju u HMS-u, sarađivao je sa kompanijom RareCite na razvoju digitalne platforme za snimanje koja može brzo prikupiti i analizirati H&E i multipleks imunofluorescentne slike iz istog uzorka tkiva.
H&E bojenje naglašava ključne strukturne karakteristike koje patolozi tradicionalno koriste da odrede koliko je kancer ozbiljan i napredan, dok multipleksna imunofluorescencija koristi fluorescentna, označena antitela za obeležavanje važnih molekularnih karakteristika kao što su tipovi imunih ćelija i drugih ćelija. Rezultat je jedna digitalna slika koja integriše informacije iz obe tehnike.
„Orion u potpunosti spaja dva modaliteta, tako da možete da idete napred-nazad na jednom slajdu i kažete, OK, vidim tu funkciju u H&E, i sada mogu da shvatim koji su molekularni markeri takođe prisutni. To je izvanredno“, Santagata rekao.
Ispričani primer kombinovane H&E i multipleks slike kreirane sa Orionom dostupan je ovde.
Istraživači su koristili Orion na uzorcima tumora od 74 pacijenta sa kolorektalnim karcinomom organizovanim u dve grupe. Otkrili su da su im informacije koje pruža alatka omogućile da identifikuju biomarker ishoda, ili specifičnu kombinaciju karakteristika koje su predviđale koji će karcinomi debelog creva verovatno napredovati, a koji ne.
U kontekstu tumora, biomarker često utiče na to koliko i koje vrste imunih ćelija i drugih ćelija su prisutne u različitim delovima uzorka. U ovom slučaju, Orion je identifikovao biomarker na osnovu prisustva T ćelija obeleženih proteinima CD4 ili CD45 i tumorskih ćelija koje su sadržale proteine PD-L1 ili α-SMA. Tim je pokazao da su ovaj i drugi biomarkeri zasnovani na Orionu bili dobri ili bolji od utvrđenog kliničkog testa pod nazivom Immunoscore, koji se zasniva na CD8 i CD3 T ćelijama i koji koriste onkolozi za procenu kolorektalnog karcinoma.
Dok je Orion još uvek u ranoj fazi razvoja, istraživači kažu da njihovi dosadašnji rezultati pružaju dokaz principa da platforma može biti korisna u klinici. Tim planira da poboljša Orion tako što će ga testirati na većem broju pacijenata i istražiti najkorisnije kombinacije antitela. Skaliranje platforme kako bi bila brža i jeftinija biće ključna za premeštanje u kliniku, rekli su oni.
Tim takođe planira da testira Orion kod drugih karcinoma kao što su rak pluća i melanom, i na kraju pređe dalje od raka na stanja kao što su bolesti bubrega i neurodegenerativne bolesti koje bi takođe mogle imati koristi od dvostrukog histološkog i molekularnog profilisanja kako bi se odredio njihov stadijum i ozbiljnost.
Istraživači su posebno zainteresovani da istraže kako se Orion može koristiti za identifikaciju novih biomarkera na osnovu molekularnih i strukturnih karakteristika uzorka. Ovi biomarkeri spadaju u dve kategorije: prognostički – biomarkeri koji predviđaju koji će pacijenti biti dobro ili loše i prediktivni – biomarkeri koji predviđaju koji će pacijenti reagovati na određeni lek. Sa Orionom, objasnio je Santagata, istraživači mogu lako da procene mnoge biomarkere u isto vreme.
„Ova platforma vam daje mogućnost da pretražujete u prostoru biomarkera za širok spektar kombinacija markera koji bi mogli biti korisni i odabrati one sa najboljim performansama za određenu meru“, rekao je Santagata. „Osećamo se kao da sada imamo komplet alata koji će nam omogućiti da ih pronađemo na relativno brz način među tipovima raka.
Ako Orion zaista može da pronađe korisnije prognostičke i prediktivne naznake za rak, ovi biomarkeri bi mogli pomoći onkolozima da preciznije profilišu tumor pacijenta i razviju prilagođeniji, individualizovani plan lečenja.
Pored toga, istraživači očekuju da će uvidi dobijeni od Oriona na klinici dati nove pravce za osnovna naučna istraživanja koja sprovode u laboratoriji.
Istraživači zamišljaju Orion kao nešto što patolozi na kraju mogu da ugrade u svoj postojeći tok rada, omogućavajući im da dodaju molekularne detalje svojoj histološkoj stručnosti kako bi stekli potpunije razumevanje uzorka. Značajno je da digitalna priroda alata znači da patolozi mogu da gledaju slike na bilo kom računaru, umesto da budu ograničeni na mikroskop u laboratoriji ili klinici.
„H&E je kao hrana za dušu; to je uteha za patologe, govori nam gde smo. Ali sada možemo da naslanjamo na molekularne informacije, što je veoma moćna sposobnost“, rekao je Santagata. „Pokušavamo da donesemo nove alate grupi ljudi koji svakodnevno naporno rade na dijagnostici tumora i drugih bolesti.“
„Patolozi već rade ogroman posao sa histologijom kako bi dijagnostikovali pacijenta i razumeli njegovu bolest, ali sa ovim alatom za povećanje njihovog znanja, oni će u osnovi imati „super pogled“ na uzorak“, dodao je Lin.
Istraživači se nadaju da će alat na kraju pomoći patolozima da identifikuju i kvantifikuju nove karakteristike relevantne za bolest. Oni misle da Orion takođe može da pruži informacije koje se mogu integrisati u alate veštačke inteligencije koji se razvijaju za pomoć patolozima i onkolozima.
Važan deo procesa, primetili su istraživači, blisko sarađuje sa različitim tipovima patologa i onkologa kako bi razumeli šta im je potrebno. U tom cilju, tim je bio u skoro stalnoj komunikaciji sa lekarima u Brigam i ženskoj bolnici i Institutu za rak Dana-Farber, čineći česta putovanja tamo-amo preko ulice između tri institucije.
„Budućnost dijagnostičke patologije je digitalna, a ovaj rad ne samo da bi mogao da transformiše način na koji kliničari dijagnostikuju rak, već i da promeni način na koji obučavamo sutrašnje dijagnostičare“, rekao je Džon Aster, profesor patologije HMS Ramzi S. Cotran i zamenik predsedavajućeg patologija u Brigham and Women’s.
Što se tiče pitanja koja patolozi imaju nakon što su upoznati sa Orionom?
„Oh, to je beskrajno. Apsolutno je beskrajno. Ovo je potpuno novi svet i svaka osoba ima svoju dugu listu stvari koje bi volela da vidi“, rekao je Santagata. „Svako polje patologije ima skup molekularnih pitanja koja su ostala bez odgovora, a sada imamo alat koji može početi da pruža neke odgovore.
