Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα εξαιρετικά ευαίσθητο τεστ αίματος που μπορεί να ανιχνεύσει μια βασική πρωτεΐνη που παράγεται από καρκινικά κύτταρα.

Το τεστ δείχνει υπόσχεση για έγκαιρη ανίχνευση καρκίνου, αναφέρουν οι ερευνητές.

Οι περισσότεροι καρκίνοι γίνονται θανατηφόροι κρατώντας ένα χαμηλό προφίλ, χωρίς να προκαλούν συμπτώματα μέχρι να είναι πολύ προχωρημένοι για να αντιμετωπιστούν. Οι καρκίνοι των ωοθηκών και του γαστροοισοφάγου είναι από τους πιο διαβόητους για αυτήν την πονηρή εξέλιξη της νόσου, που συχνά οδηγεί σε διαγνώσεις σε όψιμο στάδιο.

Σε αντίθεση με πολλά τεστ καρκίνου που είναι περιορισμένου πεδίου, ακριβά ή βασίζονται σε επεμβατική δειγματοληψία ιστού, η νέα μέθοδος είναι ένας χαμηλού κόστους, πολυκαρκινικός ανιχνευτής που μπορεί να εντοπίσει την παρουσία της ενδεικτικής πρωτεΐνης, γνωστής ως LINE-1-ORF1p. , σε ελάχιστη ποσότητα αίματος σε λιγότερο από δύο ώρες.

«Η ανάλυση έχει πρωτοποριακές δυνατότητες ως πρώιμο διαγνωστικό τεστ για θανατηφόρους καρκίνους», λέει ο Michael P. Rout, επικεφαλής του Εργαστηρίου Κυτταρικής και Δομικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Rockefeller. «Αυτά τα είδη υπερευαίσθητων οργάνων ανίχνευσης είναι έτοιμα να βελτιώσουν τα αποτελέσματα των ασθενών με μετασχηματιστικούς τρόπους».

Ανίχνευση καρκινικών βιοδεικτών

Η ανίχνευση βιοδεικτών καρκίνου είναι ένα νέο και αναπτυσσόμενο πεδίο. Υπάρχουν αρκετοί τέτοιοι βιοδείκτες, αλλά μπορεί να έχουν μειονεκτήματα. Ορισμένοι απαιτούν χειρουργικές βιοψίες. Άλλα χρησιμοποιούνται μόνο μετά την εμφάνιση συμπτωμάτων, κάτι που μπορεί να είναι πολύ αργά για μια αποτελεσματική παρέμβαση. Οι περισσότερες είναι φυσιολογικές ανθρώπινες πρωτεΐνες που έχουν μεταβλητότητα από άτομο σε άτομο, γεγονός που καθιστά δύσκολη την ερμηνεία μιας μεμονωμένης τιμής. Και πολλοί στοχεύουν σε έναν συγκεκριμένο καρκίνο, περιορίζοντας το εύρος τους.

Αλλά πρόσφατα, ένας σημαντικός νέος βιοδείκτης για προγενέστερη ανίχνευση μπορεί να έχει εμφανιστεί. Αυτή η πρωτεΐνη, γνωστή ως LINE-1 ORF1p, ήρθε στο ραντάρ των ερευνητών πριν από περίπου μια δεκαετία. Το LINE-1 είναι ένα ρετροτρανσποζόνιο, ένα στοιχείο που μοιάζει με ιό που υπάρχει σε κάθε ανθρώπινο κύτταρο που αναπαράγεται μέσω ενός μηχανισμού αντιγραφής και επικόλλησης, με αποτέλεσμα ένα νέο αντίγραφο σε μια νέα θέση στο γονιδίωμα. Η ORF1p είναι μια πρωτεΐνη που παράγει σε υψηλά επίπεδα στον καρκίνο.

«Τα τρανσποζόνια εκφράζονται κανονικά στο σπέρμα και το ωάριο και κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης, επομένως υπάρχουν ορισμένες περιπτώσεις όπου υπάρχει μη παθοβιολογική έκφραση των τρανσποζονίων», λέει ο συν-συγγραφέας John LaCava, επιστημονικός αναπληρωτής καθηγητής που ειδικεύεται στην έρευνα LINE-1. «Αλλά διαφορετικά, αυτά τα «γονίδια που πηδούν» αποσιωπούνται μέσα στο γονιδίωμα, επειδή η δραστηριότητά τους δημιουργεί άγχος και προσβολές στο κύτταρο».

Τις περισσότερες φορές, το σώμα διατηρεί υπό έλεγχο τη LINE-1.

«Υπάρχουν στρώματα μηχανισμών που εμποδίζουν τη LINE-1 να εκφραστεί και να παράγει ORF1p, έτσι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την παρουσία της πρωτεΐνης ως υποκατάστατο για ένα ανθυγιεινό κύτταρο που δεν έχει πλέον τον έλεγχο του μεταγραφώματός του», λέει ο LaCava. "Δεν πρέπει να βρείτε ORF1p στην κυκλοφορία του αίματος ενός υγιούς ατόμου."

Τα τελευταία πέντε χρόνια, λέει, «είναι πολύ σαφές ότι αυτές οι πρωτεΐνες αυξάνονται πολύ στους περισσότερους καρκίνους», συμπεριλαμβανομένων πολλών από τους πιο κοινούς και θανατηφόρους καρκίνους του οισοφάγου, του παχέος εντέρου, του πνεύμονα, του μαστού, του προστάτη, των ωοθηκών, της μήτρας, πάγκρεας, κεφαλής και λαιμού.

Επειδή τα καρκινωματικά κύτταρα παράγουν το ORF1p από την έναρξη της νόσου, οι ερευνητές αναζητούν εδώ και καιρό ένα ευαίσθητο, ακριβές τεστ για την ανίχνευση του ORF1p όσο το δυνατόν νωρίτερα. Η ικανότητα εντοπισμού του σε ασθενείς προτού ο καρκίνος έχει την ευκαιρία να εξαπλωθεί θα μπορούσε ενδεχομένως να σώσει ζωές.

Προσαρμοσμένα νανοσώματα από λάμα

Οι ερευνητές του Rockefeller συνεργάστηκαν με επικεφαλής ερευνητές από το Mass General Brigham, το Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και το Dana-Farber Cancer Institute, μαζί με άλλα συνεργαζόμενα ιδρύματα, για να δημιουργήσουν μια γρήγορη, χαμηλού κόστους ανάλυση ικανή να ανιχνεύσει το ORF1p σε πλάσμα, το οποίο αντιπροσωπεύει περισσότερο από το ήμισυ της περιεκτικότητας σε ανθρώπινο αίμα.

Η νέα μελέτη χρησιμοποιεί μια τεχνολογία ανίχνευσης που βασίζεται σε ένα μόνο μόριο, γνωστή ως Simoa, η οποία αναπτύχθηκε από τον συν-συγγραφέα David Walt, του Χάρβαρντ. Η ομάδα Rockefeller συνεισέφερε προσαρμοσμένα νανοσώματα που προέρχονται και κατασκευάζονται από φλόγες να λειτουργούν ως αντιδραστήρια σύλληψης που παγιδεύουν την πρωτεΐνη ORF1p και ως ευαίσθητοι ανιχνευτές για την ανίχνευση της.

«Αναπτύξαμε αυτά τα αντιδραστήρια ως μέρος της αποστολής μας να συλλάβουμε και να περιγράψουμε τις μοριακές συσχετίσεις του ORF1p με άλλες πρωτεΐνες σε καρκίνους του παχέος εντέρου», λέει ο LaCava. «Γνωρίζαμε ότι οι περισσότεροι καρκίνοι του παχέος εντέρου έχουν αφθονία πρωτεϊνών LINE-1, οπότε σκεφτήκαμε ότι οι αλληλεπιδράσεις που σχηματίζουν θα μπορούσαν να απορυθμίσουν τις φυσιολογικές λειτουργίες των κυττάρων με τρόπους που ωφελούν τον καρκίνο. Η απομόνωση των σωματιδίων LINE-1 μας επέτρεψε να δούμε πιο προσεκτικά αυτές τις αλληλεπιδράσεις. Αργότερα, ήταν σαφές ότι οι συνεργάτες μας στο Χάρβαρντ μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα ίδια αντιδραστήρια για την αναπτυσσόμενη ανάλυση βιοδεικτών τους, γι' αυτό τα μοιραστήκαμε».

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ανάλυση ήταν εξαιρετικά ακριβής στην ανίχνευση του ORF1p στα δείγματα αίματος ασθενών με διάφορους καρκίνους, συμπεριλαμβανομένων των ωοθηκών, του γαστροοισοφαγικού και του παχέος εντέρου. Η παραγωγή κοστίζει λιγότερο από 3 $ και επιστρέφει γρήγορα αποτελέσματα.

«Ήμασταν σοκαρισμένοι από το πόσο καλά λειτούργησε αυτό το τεστ σε όλους τους τύπους καρκίνου», λέει ο Martin Taylor, του τμήματος παθολογίας στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης στο περιοδικό. Ανακάλυψη καρκίνου.

Οι ερευνητές ανέλυσαν επίσης το πλάσμα 400 υγιών ατόμων ηλικίας 20–90 ετών που είχαν δώσει αίμα στη Mass General Brigham Biobank. Το ORF1p ήταν μη ανιχνεύσιμο στο 97-99% αυτών. Από τα πέντε άτομα που είχαν ανιχνεύσιμο ORF1p, το άτομο με το υψηλότερο επίπεδο βρέθηκε έξι μήνες αργότερα ότι είχε προχωρημένο καρκίνο του προστάτη.

Απόκριση στη θεραπεία του καρκίνου

Μια άλλη πιθανή χρήση της ανάλυσης είναι η παρακολούθηση του τρόπου με τον οποίο ένας ασθενής ανταποκρίνεται στη θεραπεία του καρκίνου. Εάν μια θεραπεία είναι αποτελεσματική, το επίπεδο ORF1p στο αίμα του ασθενούς θα πρέπει να πέσει, λέει ο LaCava. Σε ένα μέρος της μελέτης, οι ερευνητές μελέτησαν 19 ασθενείς που υποβλήθηκαν σε θεραπεία για καρκίνο του γαστροοισοφάγου. Στα 13 άτομα που ανταποκρίθηκαν στη θεραπεία, τα επίπεδα ORF1p έπεσαν κάτω από το όριο ανίχνευσης της ανάλυσης.

Η παρακολούθηση της πρωτεΐνης θα μπορούσε ενδεχομένως να ενσωματωθεί στη συνήθη υγειονομική περίθαλψη, λέει ο LaCava. «Κατά τη διάρκεια μιας υγιούς περιόδου στη ζωή σας, θα μπορούσατε να μετρήσετε τα επίπεδα ORF1p σας για να καθορίσετε μια βασική γραμμή. Στη συνέχεια, ο γιατρός σας θα παρακολουθούσε απλώς τυχόν αιχμές στα επίπεδα ORF1p, που θα μπορούσαν να είναι ενδεικτικές μιας αλλαγής στην κατάσταση της υγείας σας. Ενώ μπορεί να υπάρχουν κάποιες μικρές διακυμάνσεις του ORF1p εδώ κι εκεί, μια αιχμή θα αποτελούσε αιτία για μια βαθύτερη έρευνα».

Τα αποτελέσματα της μελέτης απεικονίζουν επίσης τις τεράστιες δυνατότητες των αντιδραστηρίων νανοσωματιδίων που παράγονται μέσω της μελέτης της αλληλεπίδρασης, λέει ο Rout. Η Interactomics επιδιώκει να κατανοήσει τις δυναμικές αλληλεπιδράσεις των εκατομμυρίων μεμονωμένων συστατικών σε ένα κύτταρο, ιδιαίτερα των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων του. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις σχηματίζουν μακρομοριακά σύμπλοκα που μεταδίδουν πληροφορίες και ελέγχουν τις κυτταρικές συμπεριφορές. Οι παθογόνες αλλαγές σε αυτές τις αλληλεπιδράσεις αποτελούν τη βάση όλων των ασθενειών.

«Υπάρχει ουσιαστική ανάγκη για πολύ καλύτερα εργαλεία για την αποκάλυψη και την ανατομή αλληλεπιδράσεων που μόλις αρχίζει να επιτυγχάνεται», λέει ο Rout. «Για τον σκοπό αυτό, συνεργαζόμαστε συχνά με άλλα ιδρύματα για την ανάπτυξη αντιδραστηρίων, όπως τα νανοσώματα που προέρχονται από λάμα. Τα προϊόντα που προκύπτουν δεν είναι απλά εργαλεία έρευνας – έχουν τεράστιες δυνατότητες στα χέρια των γιατρών».

πηγή: Αρχική μελέτη