Американские ученые разработали новую технологию лечения онкологических заболеваний, которая обращает свойство рака адаптироваться к терапии за счет быстрой изменчивости против него самого. Генетическая модификация делает из раковых клеток «троянских коней», временно нечувствительных к лечению. Они замещают большую часть опухоли, конкурируя с естественно устойчивыми к терапии клетками, а затем «переключаются» в состояние, восприимчивое к распространенным противоопухолевым препаратам.
Микрофотография препарата тканей немелкоклеточного рака легких. Опухолевые клетки окрашены темнее / © Librepath, Wikimedia
Методику программирования раковых клеток для такого сложного поведения создали в Университете штата Пенсильвания (Penn State). Ее подробное описание и результаты испытаний в разных условиях опубликованы в рецензируемом журнале Nature Biotechnology.
Разработка показала высокую эффективность на культурах человеческих клеток и в опытах на крысах. Пока ее нельзя назвать близкой к клиническому использованию — ученым все еще предстоит придумать безопасные способы «заражения» опухолей деструктивной генетической программой. Однако первые результаты и общий принцип работы новой терапии выглядят настолько многообещающими, что исследователи поспешили ее запатентовать.
Онкологические заболевания поражают многообразием, которое обусловлено самой природой рака. Каждая злокачественная опухоль — это клетки организма, в которых буквально перестали работать механизмы, ограничивающие их непрерывное воспроизводство. Из-за этого такие клетки постоянно эволюционируют и стремятся захватить все доступные ресурсы. Что в конце концов и уничтожает организм.
Поэтому же любая терапия рака рано или поздно обречена на неудачу. Если опухоль не уничтожить полностью быстрее, чем она адаптируется к лечению, уже примененный метод быстро станет неэффективным. А учитывая, что большинство лекарств вместе с раком наносят вред и больному — получается гонка на выносливость, которую непросто выиграть даже в остальном (кроме наличия онкологического заболевания) здоровому человеку.
Особенно опасны запущенные случаи, когда раковых клеток так много, что какая-то их часть всегда успевает адаптироваться к терапии. В результате лечение превращается в череду проб и ошибок со все сильнее убывающим шансом на успех: одна комбинация препаратов перестает работать, ее заменяют второй очередью, затем третьей и так далее. Причем каждый следующий «коктейль» имеет плохо предсказуемую эффективность в конкретном случае.
Ученые из Penn State предложили иной подход: принудить рак играть по заранее известным медикам правилам с помощью генной инженерии.
Логичная идея — взять и модифицировать клетки опухоли так, чтобы они были восприимчивы к доступному и наиболее безопасному препарату. Однако превратить все раковые клетки сразу в нужные не получится: какая-то часть потенциально невосприимчивых к лечению останется. А когда терапия начнется, они быстро выиграют в конкурентной борьбе, их геном станет доминирующим — сила отбора во всей красе. Требуется более хитрый подход.
Для «программирования» раковых клеток используется генетическая цепь (genetic circuit, можно еще перевести как «генетическая схема»). Это такая комбинация генов, которая заставляет получившие ее клетки гарантированно реагировать на определенные внешние раздражители, словно выполняя логическую программу. Либо строго определенным образом взаимодействовать друг с другом или другими клетками. В новой терапии рака такая генетическая цепь состоит из двух «генов-тумблеров», работающих последовательно.
Сначала «включен» первый, и целевые раковые клетки имеют устойчивость к выбранному онкологическому препарату, за счет чего они получают эволюционное преимущество. За несколько недель несущий генетическую цепь геном становится преобладающим даже в запущенной опухоли, а также в ее метастазах. Значительно меньшая часть оставшихся раковых клеток имеет естественную устойчивость к лекарству. Но это не проблема, потому что есть второй «тумблер».
Когда наступает его очередь «включаться», в зараженных генетической цепью клетках запускается экспрессия цитотоксичных белков, быстро уничтожающих опухоль. Поскольку к этому моменту такие «троянские кони» в организме больного представляют подавляющее большинство раковых клеток, то они гарантированно соседствуют с естественно устойчивыми к терапии «родственниками». И умирая сами, они уничтожают их тоже.
Чтобы генетическая цепь быстро распространилась по раковой опухоли, ученые применили технику генного драйва (gene drive, не путать с дрейфом). Это естественный процесс, позволяющий генам при определенных условиях передаваться потомству с вероятностью больше 50 процентов. То есть как бы нарушая законы Менделя.
Правда, для эффективной работы драйва необходимо, чтобы гены были безвредными и не требовали много ресурсов для сохранения. Именно поэтому на первом своем этапе разработанная генетическая цепь несет для опухолевых клеток пользу.
Новую технологию опробовали на немелкоклеточном раке легкого, она показала высокую эффективность как в пробирке, так и на модельных животных. Причем исследователи проверили каждый «тумблер» отдельно и в разных условиях, чтобы обеспечить надежность их срабатывания.
Что особенно удобно, судя по всему, генетическую цепь можно адаптировать под очень широкий спектр лекарств для терапии онкологических заболеваний. В опытах использовали осимертиниб, пральсетиниб и эрлотиниб как по отдельности, так и в комбинации с дополнительными препаратами.
