Skoro polovina svih pacijenata sa metastazama u mozgu doživljava kognitivno oštećenje. Do sada se smatralo da je to zbog fizičkog prisustva tumora koji pritiska nervno tkivo. Ali ova hipoteza o „efektu mase“ je pogrešna jer često ne postoji veza između veličine tumora i njegovog kognitivnog uticaja. Mali tumori mogu izazvati značajne promene, a veliki tumori mogu izazvati blage posledice. Zašto je ovo?
Objašnjenje možda leži u činjenici da metastaze u mozgu hakuju aktivnost mozga, po prvi put pokazuje studija objavljena na naslovnoj strani Cancer Cell-a.
Autori iz Španskog nacionalnog istraživačkog saveta (CSIC) i Španskog nacionalnog centra za istraživanje raka (CNIO) otkrili su da kada se rak širi (metastazira) u mozgu, on menja hemiju mozga i remeti neuronsku komunikaciju – neuroni komuniciraju putem električnih impulsi koji se generišu i prenose biohemijskim promenama u ćelijama i njihovoj okolini.
U ovoj studiji, laboratorije Manuela Valientea (CNIO) i Liset Menendez de La Prida (Cajal Institute CSIC) sarađivale su u okviru projekta NanoBRIGHT, čiji je cilj razvoj novih tehnologija za proučavanje mozga, a uz učešće drugih agencija kao što su kao MICINN, AECC, ERC, NIH i EMBO.
Istraživači su izmerili električnu aktivnost mozga miševa sa i bez metastaza i primetili da se elektrofiziološki snimci dve grupe životinja sa rakom razlikuju jedni od drugih. Da bi bili sigurni da se ova razlika može pripisati metastazama, okrenuli su se veštačkoj inteligenciji.
Oni su obučili automatski algoritam sa brojnim elektrofiziološkim snimcima, a model je zaista bio u stanju da identifikuje prisustvo metastaza. Sistem je čak bio u stanju da razlikuje metastaze od različitih primarnih tumora – kože, pluća i raka dojke.
Ovi rezultati pokazuju da metastaze zaista utiču na električnu aktivnost mozga na specifičan način, ostavljajući jasne i prepoznatljive potpise.
Za autore, studija predstavlja „promenu paradigme“ u osnovnom razumevanju razvoja metastaza u mozgu i ima implikacije na prevenciju, ranu dijagnozu i lečenje ove patologije. Pionirska studija otkriva da tumori mozga ‘hakuju’ komunikaciju između neurona. Kredit: Atlas / CNIO
Pored snimanja promena u električnoj aktivnosti mozga u prisustvu metastaza, istraživači su počeli da istražuju biohemijske promene koje bi mogle da objasne ovu promenu. Analizom gena eksprimiranih u zahvaćenim tkivima, identifikovali su molekul, EGR1, koji može igrati važnu ulogu u ovom procesu. Ovo otkriće otvara mogućnost dizajniranja leka za sprečavanje ili ublažavanje neurokognitivnih efekata metastaza u mozgu.
Kako objašnjava Manuel Valiente, šef CNIO-ove grupe za metastaze u mozgu, „naša multidisciplinarna studija dovodi u pitanje do sada prihvaćenu pretpostavku da je neurološka disfunkcija, koja je vrlo česta kod pacijenata sa metastazama na mozgu, posledica isključivo masovnog efekta tumora. Predlažemo da ovi simptomi su posledica promena u moždanoj aktivnosti koje su rezultat biohemijskih i molekularnih promena izazvanih tumorom. Ovo je promena paradigme koja bi mogla imati važne implikacije na dijagnozu i terapijske strategije.“
Liset Menendez de la Prida, direktorka Laboratorije neuronskih kola Instituta Cajal (CSIC), kaže: „Koristeći mašinsko učenje, uspeli smo da integrišemo sve podatke kako bismo kreirali model koji nam omogućava da znamo da li postoji ili ne metastaza u mozgu, samo posmatranjem njegove električne aktivnosti. Ovaj računarski pristup može čak biti u stanju da predvidi podtipove moždanih metastaza u ranoj fazi. To je potpuno pionirski rad koji otvara neistraženi put.“
Oba autora naglašavaju multidisciplinarnost ove kompleksne studije koja kombinuje neuronauku, onkologiju i kompjutersku analizu, od kojih svaka koristi širok spektar različitih tehnika.
Promena fokusa koju je doneo ovaj rezultat znači da istraživači sada žele mnogo sistematičnije da analiziraju kognitivni status pacijenata sa metastazama u mozgu.
Za Valjentea, ovo je jedan od najvažnijih sledećih koraka. Ključ za ovo će biti Nacionalna mreža za metastaze u mozgu (RENACER) koju je pokrenuo i koordinisao CNIO, koja je već poslužila za generisanje najveće kolekcije živih uzoraka metastaza u mozgu u svetu (uz prethodni pristanak pacijenata, uzoraka tkiva prikupljenih tokom hirurških intervencija su stavljeni na raspolaganje međunarodnoj naučnoj zajednici u CNIO Biobank) iu koji će sada uvesti protokole za neurokognitivnu procenu pacijenata koji učestvuju.
Sa svoje strane, Liset Menendes de La Prida će raditi na integraciji snimanja moždane aktivnosti sa analizom uključenih molekula, „kako bi razvila nove dijagnostičke sonde za tumore mozga“, kaže ona. Ovaj zadatak je u skladu sa evropskim projektom NanoBRIGHT, koji ima za cilj razvoj neinvazivnih tehnika za proučavanje mozga i lečenje njegovih patologija, a u kojem učestvuju CSIC i CNIO.
Drugi cilj je pronalaženje lekova koji štite mozak od poremećaja izazvanih rakom u neuronskim krugovima, koristeći gore opisane strategije. „Tražićemo molekule uključene u promene u neuronskoj komunikaciji izazvane metastazama i proceniti ih kao moguće terapijske mete“, objašnjava Valiente.
Pored veštačke inteligencije koju je razvio CSIC tim, oni će koristiti tehnologiju METPlatform koju je dizajnirao CNIO za procenu potencijalne terapeutske aktivnosti stotina jedinjenja istovremeno na uzorcima moždanog tkiva pogođenim metastazama.
