Lečenje raka ponekad može izgledati kao igra komplikovana igra. Bolest može postati otporna na lečenje, a kliničari nikada ne znaju kada, gde i kakav otpor može da se pojavi, ostavljajući ih jedan korak iza. Ali tim predvođen istraživačima Penn State pronašao je način da reprogramira evoluciju bolesti i dizajnira tumore koji se lakše leče.
Stvorili su modularno genetsko kolo koje ćelije raka pretvara u „trojanskog konja“, uzrokujući da se samounište i ubiju obližnje ćelije raka otporne na lekove. Testirano na ljudskim ćelijskim linijama i na miševima kao dokaz koncepta, kolo je nadmudrilo širok spektar otpora.
Nalazi su objavljeni danas, 4. jula, u časopisu Nature Biotechnology. Istraživači su takođe podneli privremenu prijavu za patentiranje tehnologije opisane u radu.
„Ova ideja je rođena iz frustracije. Ne radimo loše na razvoju novih terapija za lečenje raka, ali kako možemo razmišljati o potencijalnim lekovima za više karcinoma u kasnoj fazi?“ rekli su Justin Pritchard, Dorothi Foehr Huck i J. Lloid Huck vanredni profesor biomedicinskog inženjerstva u ranoj karijeri preduzetništva i stariji autor rada.
„Selekcioni genski pogoni su moćna nova paradigma za terapiju protiv raka vođenu evolucijom. Sviđa mi se ideja da možemo da iskoristimo neizbežnost evolucije tumora protiv nje.“
Noviji personalizovani lekovi protiv raka često ne uspevaju, ne zato što terapeutici nisu dobri, već zbog inherentne raznolikosti i heterogenosti raka, rekao je Pritchard. Čak i ako je terapija na prvoj liniji efikasna, na kraju se razvija rezistencija i lek prestaje da deluje, dozvoljavajući raku da se vrati.
Kliničari se tada vraćaju na početak, ponavljajući proces sa novim lekom dok se ponovo ne pojavi otpor. Ciklus eskalira sa svakim novim tretmanom sve dok više ne budu dostupne opcije.
„Igrate igru Vhac-A-Mole. Ne znate koja će mladež sledeća iskočiti, tako da ne znate koji će biti najbolji lek za lečenje tumora. Mi smo uvek na zadnjoj nozi, nepripremljeni“, rekao je Skot Lejhov, postdoktorski naučnik iz biomedicinskog inženjerstva i glavni autor studije.
Istraživači su se pitali da li bi, umesto toga, mogli da odu korak napred. Da li bi potencijalno mogli da eliminišu mehanizme otpora pre nego što ćelije raka budu imale priliku da evoluiraju i neočekivano iskoče? Da li bi mogli da nateraju određenog „krticu“ da iskoči na tabli, onu koju preferiraju i koja je spremna da se bori?
Ono što je počelo kao misaoni eksperiment pokazalo se da funkcioniše. Tim je napravio modularno kolo, ili genski pogon sa dvostrukim prekidačem, za uvođenje u ćelije raka pluća koje nisu male sa mutacijom EGFR gena. Ova mutacija je biomarker na koji mogu da ciljaju postojeći lekovi na tržištu.
Kolo ima dva gena, ili prekidače. Prekidač jedan deluje kao selekcioni gen, omogućavajući istraživačima da uključe i isključe otpornost na lekove, poput prekidača za svetlo. Kada je prekidač jedan uključen, genetski modifikovane ćelije postaju privremeno otporne na određeni lek, u ovom slučaju, na lek za rak pluća koji nije mali.
Kada se tumor leči lekom, prirodne ćelije raka osetljive na lek se ubijaju, ostavljajući iza sebe ćelije modifikovane da se odupru i malu populaciju nativnih ćelija raka koje su otporne na lekove. Modifikovane ćelije na kraju rastu i istiskuju nativne rezistentne ćelije, sprečavajući ih da pojačaju i razviju novu otpornost.
Dobijeni tumor pretežno sadrži genetski modifikovane ćelije. Kada je prekidač jedan isključen, ćelije ponovo postaju osetljive na lekove. Prekidač dva je terapeutsko opterećenje. Sadrži samoubilački gen koji omogućava modifikovanim ćelijama da proizvode difuzioni toksin koji je sposoban da ubije i modifikovane i susedne nemodifikovane ćelije.
„To ne samo da ubija konstruisane ćelije, već ubija i okolne ćelije, odnosno domaću rezistentnu populaciju“, rekao je Pričard. „To je kritično. To je populacija koje želite da se rešite kako tumor ne bi ponovo izrastao.“
Tim je prvo simulirao populacije tumorskih ćelija i koristio matematičke modele da testira koncept. Zatim su klonirali svaki prekidač, pakujući ih odvojeno u virusne vektore i pojedinačno testirajući njihovu funkcionalnost u ljudskim ćelijskim linijama raka. Zatim su spojili dva prekidača u jedno kolo i ponovo ga testirali. Kada se pokazalo da kolo radi in vitro, tim je ponovio eksperimente na miševima.
Međutim, tim nije samo želeo da zna da kolo funkcioniše; želeli su da znaju da to može da funkcioniše na svaki način. Oni su testirali sistem pod stresom koristeći složene genetske biblioteke varijanti otpornosti da vide da li genski pogon može da funkcioniše dovoljno robusno da se suprotstavi svim genetskim načinima na koje se rezistencija može javiti u populacijama ćelija raka.
I uspelo je: samo šačica projektovanih ćelija može preuzeti populaciju ćelija raka i iskoreniti visok nivo genetske heterogenosti. Pričard je rekao da je to jedna od najvećih prednosti ovog dokumenta, konceptualno i eksperimentalno.
„Lepota je u tome što smo u mogućnosti da ciljamo ćelije raka bez da znamo šta su, bez čekanja da izrastu ili da se razvije otpornost jer je u tom trenutku prekasno“, rekao je Lejhov.
Istraživači trenutno rade na tome kako da prevedu ovo genetsko kolo tako da se može bezbedno i selektivno isporučiti u rastuće tumore i na kraju metastatsku bolest.
