Naučnici sa Univerziteta Kolorado Boulder i Univerziteta Prinston su po prvi put upotrebili alat koji se često koristi u geologiji za otkrivanje atomskih otisaka raka.
U slučaju da se medicina susreće sa naukom o Zemlji, istraživači su otkrili da ćelije raka mogu biti napravljene od drugačijeg asortimana atoma vodonika od zdravog tkiva. Nalazi bi mogli da daju lekarima nove strategije za proučavanje kako rak raste i širi se – i možda čak, jednog dana, dovede do novih načina za rano otkrivanje raka u telu.
Tim, predvođen geohemičarkom CU Bouldera Ešli Maloni, objavio je nalaze u Zborniku Nacionalne akademije nauka.
„Ova studija dodaje potpuno novi sloj medicini, dajući nam priliku da sagledamo rak na atomskom nivou“, rekao je Malonei, naučni saradnik u Odeljenju za geološke nauke.
Ona je objasnila da u prirodi vodonik dolazi u dva glavna ukusa, ili izotopa. Neki atomi vodonika, zvani deuterijum, su malo teži, dok su drugi, obično poznati kao vodonik, malo lakši. Na Zemlji, atomi vodonika su brojniji od atoma deuterijuma u odnosu od oko 6.420 prema jedan.
Decenijama su se naučnici iz brojnih oblasti okrenuli prirodnoj distribuciji ovih atoma kako bi otkrili tragove o istoriji naše planete. Naučnici za klimu, na primer, ispituju atome vodonika zarobljene u ledu na Antarktiku da bi zaključili koliko je Zemlja bila vruća ili hladna pre stotina hiljada godina.
U novoj studiji, Malonei i njene kolege su se zapitale: Da li bi ti isti, sićušni atomi mogli dati nagoveštaje o životu složenih bioloških organizama?
Da bi saznao, tim je uzgajao kulture ćelija jetre kvasca i miša u laboratoriji, a zatim analizirao njihove atome vodonika. Tim je otkrio da ćelije koje rastu veoma brzo, kao što su ćelije raka, sadrže mnogo drugačiji odnos vodonika u odnosu na atome deuterijuma. Zamislite to kao da rak ostavlja otisak prsta na kvaki na mestu zločina.
Istraživanje je još uvek u ranoj fazi, a tim nije siguran kako bi se ovaj signal mogao pojaviti ili ne u telima pravih pacijenata sa rakom. Ali potencijal bi mogao biti veliki, rekao je Sebastijan Kopf, koautor studije i docent za geološke nauke.
„Vaše šanse za preživljavanje su mnogo veće ako rano dobijete rak“, rekao je Kopf. „Ako je ovaj izotopski signal dovoljno jak da ga možete otkriti kroz nešto poput testa krvi, to bi vam moglo dati važan nagoveštaj da nešto nije u redu.“
Studija se usredsređuje na koncept koji je godinama intrigirao istraživače raka: metabolizam.
U normalnim uslovima, ćelije organizama poput kvasca i životinja generišu energiju kroz proces koji se zove disanje, u kojem uzimaju kiseonik i oslobađaju ugljen-dioksid. Ali to nije jedini način da dobijete visok nivo šećera. Kolonije pekarskog kvasca (Saccharomices cerevisiae), na primer, mogu proizvesti energiju putem fermentacije, u kojoj organizmi razgrađuju šećere bez pomoći kiseonika i proizvode alkohol. To je isti proces koji vam daje pivo.
„Kod ljudi, ako sportista radi preko svoje aerobne granice, njihovi mišići će takođe početi da fermentiraju, što ne koristi kiseonik“, rekao je Kopf. „To vam daje brzi energetski podsticaj.“
Kako se ispostavilo, mnoge ćelije raka takođe podstiču svoj rast kroz sličnu strategiju za brzo bogaćenje.
Naučnici su dugo tražili više načina da prate ove metaboličke promene u ćelijama raka. Malonei, koja je vodila novu studiju kao Hari Hess postdoktorski saradnik na Prinstonu, i njen savetnik Ksinning Zhang razvili su ideju: Praćenje vodonika.
Danas, Malonei upravlja laboratorijom za stabilne izotope Earth Sistems CU Bouldera, jednom od više od 20 osnovnih objekata u kampusu. Kao diplomirani student, istraživala je atome vodonika u algama sa tropskih ostrva. Njen trenutni rad inspirisan je malo verovatnim izvorom: njenim ocem, dermatologom.
„Stalno skida ćelije raka kože sa ljudi“, rekao je Malonei. „Pitao sam se kako bi se metabolizam tih ćelija mogao razlikovati od ćelija koje rastu pored njih.“
Da bismo razumeli to pitanje, pomaže da se sazna kako se vodonik uopšte navija u ćelijama. U nekim slučajevima, ti atomi potiču iz teško izgovorljivog, ali kritično važnog enzima poznatog kao nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH). Među svojim brojnim ulogama u ćelijama, NADPH sakuplja atome vodonika, a zatim ih prenosi drugim molekulima u procesu stvaranja masnih kiselina, važnog gradivnog elementa za život.
NADPH, međutim, ne crpi uvek iz istog bazena vodonika. Prethodno istraživanje koje je vodio Zhang i fokusiralo se na bakterije sugerisalo je da, u zavisnosti od toga šta drugi enzimi u ćeliji rade, NADPH ponekad može koristiti različite izotope vodonika manje ili više.
Što je pokrenulo pitanje: ako rak rekonstruiše metabolizam ćelije, da li bi mogao da promeni i način na koji NADPH dobija vodonik, na kraju menjajući atomski sastav ćelije?
Da bi počeli da saznaju, istraživači su postavili tegle napunjene cvetajućim kolonijama kvasca u laboratorijama u Prinstonu i CU Boulderu. Odvojeno, biolozi sa Prinstona su sproveli eksperiment sa kolonijama zdravih i kanceroznih ćelija jetre miša. Istraživači su zatim izvukli masne kiseline iz ćelija i koristili mašinu nazvanu maseni spektrometar da identifikuju odnos atoma vodonika u njima.
„Kada smo započeli studiju, pomislio sam: ‘Ooh, imamo priliku da vidimo nešto kul'“, rekao je Malonei. „Na kraju je stvorio ogroman signal, što nisam očekivao.
Fermentirajuće ćelije kvasca, vrste koje podsećaju na rak, sadržale su u proseku otprilike 50% manje atoma deuterijuma od normalnih ćelija kvasca, što je zapanjujuća promena. Ćelije raka su pokazale sličan, ali ne tako jak nedostatak deuterijuma.
Zhang, viši autor studije i asistent profesora geonauka na Prinstonu, izgubila je sopstvenog oca od raka. Nada se da bi rezultati jednog dana mogli pomoći porodicama poput njene.
„Rak i druge bolesti su, nažalost, ogromna tema u životima mnogih ljudi. Videti Ešline podatke bio je poseban, dubok trenutak“, rekao je Zhang. „To je značilo da bi se alatka koja se koristi za praćenje planetarnog zdravlja takođe mogla da se primeni za praćenje zdravlja i bolesti u životnim oblicima, nadamo se jednog dana kod ljudi. Odrastajući u porodici koja je izazvana rakom, nadam se da ću videti da se ovo područje širi.“
