Результаты эволюции часто впечатляют – от длинной шеи жирафа до величественных цветов павлина, – но эволюция не всегда создает функциональные и красивые структуры.
В случае рака рост популяции злокачественных клеток из одной клетки также отражает процесс эволюции, но с гораздо более ужасными результатами.
Такие исследователи, как Йоханнес Райтер, доктор философии.D., из Лаборатории трансляционной эволюции рака Стэнфордского университета, исследуют путь рака от одной продажи к множеству метастатических опухолей. Используя эту перспективу и простые математические модели, Рейтер исследует современные методы лечения рака. Он выступал на семинаре Дьюка по математической биологии в январе. 17.
Эволюционный процесс рака начинается с одной клетки. При каждом делении клетка приобретает несколько мутаций в своем генетическом коде, большинство из которых несущественны. Однако, если мутации происходят в определенных генах, называемых генами-драйверами, клеточная линия может следовать по другому пути быстрого роста. Если эти мутации могут выжить, клетки продолжают делиться быстрее, чем обычно, и в результате образуется опухоль.
С каждым дополнительным делением клетка продолжает приобретать мутации. В результате одна опухоль может состоять из множества уникальных популяций клеток; это разнообразие называется внутриопухолевой гетерогенностью (ITH). По мере того, как опухоли метастазируют или распространяются в другие места по всему телу, возможность разнообразия растет.
Рейтер описывает три вкуса ITH. Внутрипервичная гетерогенность описывает разнообразие типов клеток в исходной опухоли. Внутриметастатическая гетерогенность описывает разнообразие типов клеток в пределах одного метастаза. Наконец, межметастатическая гетерогенность описывает разнообразие метастазов из одной и той же первичной опухоли.
Для Рейтера интерметастатическая неоднородность представляет собой особенно серьезную проблему. Если планы лечения составлены на основе биопсии первичной опухоли, но метастазы отличаются друг от друга и от первичной опухоли, эффективность лечения будет значительно ограничена.
Имея это в виду, Рейтер разработал математическую модель, чтобы предсказать, сможет ли образец клеток, взятый путем биопсии только первичной опухоли, предоставить адекватную информацию для лечения.
Используя данные генетической последовательности от пациентов, у которых было как минимум два нелеченных метастаза и первичная опухоль, Рейтер обнаружил, что метастазы и первичные опухоли в подавляющем большинстве имеют один ген-драйвер. Рейтер сказал, что это подтвердило, что биопсия первичной опухоли должна быть достаточной для планирования таргетной терапии, потому что риск пропуска генов-драйверов, которые функционируют в метастазах, оказался незначительным.
В своих следующих начинаниях в качестве нового члена Канарского центра раннего обнаружения рака Рейтер планирует использовать свои способности математического моделирования для решения проблем выявления рака, пока он еще находится на наиболее поддающейся лечению стадии.