Naukowcy opracowali bardzo czułe badanie krwi, które może wykryć kluczowe białko wytwarzane przez komórki nowotworowe.

Naukowcy twierdzą, że test jest obiecujący w zakresie wczesnego wykrywania raka.

Większość nowotworów staje się śmiertelna, jeśli nie są ujawniane i nie powodują żadnych objawów, dopóki nie staną się zbyt zaawansowane, aby je leczyć. Rak jajnika i rak żołądkowo-przełykowy należą do najbardziej znanych z powodu tego przebiegłego postępu choroby, często prowadzącego do późnego rozpoznania.

W przeciwieństwie do wielu testów na raka, które mają ograniczony zakres, są drogie lub polegają na inwazyjnym pobieraniu próbek tkanki, nowa metoda to niedrogi detektor wykrywający wiele nowotworów, który może wykryć obecność charakterystycznego białka, znanego jako LINE-1-ORF1p w niewielkiej ilości krwi w niecałe dwie godziny.

„Test ma przełomowy potencjał jako wczesna diagnostyka śmiertelnych nowotworów” – mówi Michael P. Rout, kierownik Laboratorium Biologii Komórkowej i Strukturalnej na Uniwersytecie Rockefellera. „Tego rodzaju ultraczułe instrumenty detekcyjne mogą w rewolucyjny sposób poprawić wyniki leczenia pacjentów”.

Wykrywanie biomarkerów nowotworowych

Wykrywanie biomarkerów nowotworowych to młoda i rozwijająca się dziedzina. Istnieje wiele takich biomarkerów, ale mogą one mieć wady. Niektóre wymagają biopsji chirurgicznych. Inne podejmuje się dopiero po pojawieniu się objawów, kiedy może być już za późno na skuteczną interwencję. Większość z nich to normalne białka ludzkie, które różnią się w zależności od osoby, co utrudnia interpretację pojedynczej wartości. Wiele z nich jest ukierunkowanych na konkretny nowotwór, co zawęża ich zakres.

Jednak niedawno mógł pojawić się nowy, ważny biomarker umożliwiający wcześniejsze wykrywanie. Białko to, znane jako LINE-1 ORF1p, pojawiło się na radarze badaczy około dziesięć lat temu. LINE-1 to retrotranspozon, element wirusopodobny obecny w każdej ludzkiej komórce, który replikuje się poprzez mechanizm kopiowania i wklejania, w wyniku czego powstaje nowa kopia w nowej pozycji w genomie. ORF1p to białko, które wytwarza w dużych ilościach w przypadku raka.

„Transpozony zwykle ulegają ekspresji w plemniku i komórce jajowej oraz podczas embriogenezy, dlatego w pewnych okolicznościach ekspresja transpozonów jest niepatobiologiczna” – mówi współautor John LaCava, profesor nadzwyczajny specjalizujący się w badaniach LINE-1. „Ale w przeciwnym razie te „skaczące geny” zostaną wyciszone w genomie, ponieważ ich aktywność powoduje stres i zniewagę w komórce”.

Przez większość czasu ciało utrzymuje LInię-1 pod kontrolą.

„Istnieją warstwy mechanizmów, które uniemożliwiają ekspresję LINE-1 i wytwarzanie ORF1p, zatem możemy wykorzystać obecność białka jako wskaźnik zastępczy dla niezdrowej komórki, która nie ma już kontroli nad swoim transkryptomem” – mówi LaCava. „Nie powinieneś znajdować ORF1p w krwiobiegu zdrowej osoby.”

W ciągu ostatnich pięciu lat, jak mówi, „stało się całkowicie jasne, że poziom tych białek jest bardzo podwyższony w przypadku większości nowotworów”, w tym wielu najczęstszych i śmiertelnych nowotworów przełyku, okrężnicy, płuc, piersi, prostaty, jajników, macicy, trzustka oraz głowa i szyja.

Ponieważ komórki nowotworowe wytwarzają ORF1p od początku choroby, badacze od dawna poszukiwali czułego i dokładnego testu umożliwiającego jak najwcześniejsze wykrycie ORF1p. Możliwość wykrycia go u pacjentów, zanim nowotwór będzie miał szansę się rozprzestrzenić, może potencjalnie uratować życie.

Niestandardowe nanociał od lam

Badacze Rockefellera połączyli siły z głównymi badaczami z Mass General Brigham, Wyss Institute for Biologly Inspired Engineering na Uniwersytecie Harvarda i Dana-Farber Cancer Institute, a także innymi instytucjami partnerskimi, aby opracować szybki i tani test umożliwiający wykrycie ORF1p w osocze, które stanowi ponad połowę zawartości ludzkiej krwi.

W nowym badaniu wykorzystano technologię wykrywania opartą na pojedynczych cząsteczkach, znaną jako Simoa, opracowaną przez współautora Davida Walta z Harvardu. Zespół Rockefellera stworzył niestandardowe nanociał wywodzące się i z których skonstruowano lamy działać jako odczynniki wychwytujące, które usidlają białko ORF1p i jako czułe sondy do jego wykrywania.

„Opracowaliśmy te odczynniki w ramach naszej misji polegającej na wychwytywaniu i opisywaniu molekularnych powiązań ORF1p z innymi białkami w nowotworach jelita grubego” – mówi LaCava. „Wiedzieliśmy, że większość nowotworów jelita grubego charakteryzuje się dużą ilością białek LINE-1, więc doszliśmy do wniosku, że interakcje, jakie tworzą, mogą zaburzać normalne funkcje komórek w sposób korzystny dla nowotworu. Wyizolowanie cząstek LINE-1 pozwoliło nam przyjrzeć się bliżej tym interakcjom. Później stało się jasne, że nasi współpracownicy z Harvardu mogą wykorzystać te same odczynniki do opracowywania testu biomarkerów, więc udostępniliśmy je”.

Naukowcy odkryli, że test był bardzo dokładny w wykrywaniu ORF1p w próbkach krwi pacjentów cierpiących na różne nowotwory, w tym raka jajnika, żołądka i jelita grubego. Kosztuje niecałe 3 dolary i zapewnia szybkie rezultaty.

„Byliśmy zszokowani skutecznością tego testu w przypadku różnych typów nowotworów” – mówi Martin Taylor z oddziału patologii w Massachusetts General Hospital i główny autor badania opublikowanego w czasopiśmie Odkrycie raka.

Naukowcy przeanalizowali także osocze 400 zdrowych osób w wieku 20–90 lat, które oddały krew na rzecz Mass General Brigham Biobank; U 1–97% z nich ORF99p był niewykrywalny. Spośród pięciu osób, które rzeczywiście miały wykrywalny ORF1p, sześć miesięcy później u osoby z najwyższym poziomem stwierdzono zaawansowanego raka prostaty.

Odpowiedź na terapię nowotworową

Innym potencjalnym zastosowaniem tego testu jest monitorowanie reakcji pacjenta na terapię przeciwnowotworową. Jeśli leczenie będzie skuteczne, poziom ORF1p we krwi pacjenta powinien spaść, mówi LaCava. W jednej części badania naukowcy przebadali 19 pacjentów leczonych z powodu raka żołądkowo-przełykowego; u 13 osób, które odpowiedziały na leczenie, poziomy ORF1p spadły poniżej granicy wykrywalności testu.

LaCava twierdzi, że śledzenie białka można potencjalnie włączyć do rutynowej opieki zdrowotnej. „W zdrowym okresie życia możesz zmierzyć poziom ORF1p, aby ustalić wartość wyjściową. W takiej sytuacji lekarz będzie po prostu zwracał uwagę na wszelkie skoki poziomu ORF1p, które mogą wskazywać na zmianę stanu zdrowia. Chociaż tu i ówdzie mogą występować drobne wahania ORF1p, gwałtowny wzrost byłby powodem do głębszego zbadania.”

Wyniki badania ilustrują także ogromny potencjał odczynników nanociał powstałych w wyniku badań interaktomiki, mówi Rout. Interactomics stara się zrozumieć dynamiczne interakcje milionów poszczególnych składników komórki, zwłaszcza jej białek i kwasów nukleinowych. Te interakcje tworzą kompleksy makromolekularne, które przekazują informacje i kontrolują zachowania komórkowe. Patogenne zmiany w tych interakcjach leżą u podstaw wszystkich chorób.

„Istnieje zasadnicze zapotrzebowanie na znacznie lepsze narzędzia do ujawniania i analizowania interakcji, które dopiero zaczynają się pojawiać” – mówi Rout. „W tym celu często współpracujemy z innymi instytucjami nad opracowywaniem odczynników, takich jak nasze nanociał pochodzące od lamy. Powstałe produkty nie są jedynie narzędziami badawczymi – mają ogromny potencjał w rękach lekarzy”.

Źródło: Oryginalne studium