Пълното секвениране на генома ще позволи индивидуално лечение на рак

Международен екип от британски и шведски учени е използвал секвениране на генома на ракови клетки за определяне мутациите в него при особено агресивна форма на рак на гърдата. На база получените данни и използване на алгоритъм за машинно обучение, учените успели да разделят изследваните пациентки на три групи в зависимост от разновидността на раковото заболяване и съответно използването на различни методи на лечение. Предложеният метод, по думите на изследователите, открива път за индивидуално лечение на най-сложните и устойчиви към терапия злокачествени образувания. Резултатите от изследването са публикувани в научното издание Nature Medicine.

Човешкият геном е „написан” в молекулата с „букви”-блокове, които се наричат нуклеотиди. Всяка такава „тухличка” има своето международно име, което за удобство се съкращава до първата буква. Тези органични съединения се обозначават с буквите А (аденин), С (цитозин), G (гуанин) и Т (тимин). Обикновено нуклеотидите се групират в двойки по строго определен начин. Но понякога в „правописа” на ДНК се получават грешки и например на мястото на А се появява G.

Тези изменения или мутации могат да бъдат спонтанни или да възникват под влиянието на неблагоприятни фактори. Виновници за тези „грешки” могат да бъдат, например, цигарен дим, ултравиолетово излъчване или различни химически вещества. Всяка мутация оставя определен отпечатък в ДНК.

Клетките, делейки се и размножавайки се, възпроизвеждат точни копия на своето ДНК и затова всяка „правописна грешка” в нея ще бъде точно повторена и предадена по-нататък. С течение на времето такива дефекти се натрупват. В това число, това може да доведе до неконтролируем ръст на клетките, с други думи, до развитие на тумор.

Екип от учени от Кеймбриджкия университет, под ръководството на Серена Ник-Зайнал (Serena Nik-Zainal), е предложил използването на секвениране на генома на раковото образувание за борба с тази болест.

Този метод позволява да се „прочете” цялата генетична схема на раковата клетка. Ако се сравнят получените данни с генома на здравите клетки на пациента, може да се види къде именно е мутирала ДНК и базирайки се на това, да се разработи оптимална стратегия за лечение.

За да се изясни до колко е възможен и полезен такъв метод във всекидневната клинична практика, изследователите от Кеймбридж се обърнали за помощ към свои колеги от Швеция. Шведските им колеги-онколози провеждат общонационален проект с името SCAN-B, в който от 2010 година насам, участват всички жени, заболели от рак на гърдата. Съответно, медиците са събрали голяма база данни с резултати от изследвания и лечение на своите пациентки.

Възползвайки се от тази база данни, изследователите извършили пълно секвениране на генома на раковите клетки на 254 жени, при който бил открит, така наречения тройно-негативен рак на гърдата.

Този вариант на болестта бил избран от учените неслучайно. Тройно-негативният рак е една от най-агресивните форми на това онкологично заболяване с най-лоша прогноза за преживяемост. Своето име болестта е получила, тъй като при такива ракови образувания отсъстват три молекули-мишени (рецептори), на които обикновено въздействат лекарствата.

След завършване на секвенирането, изследователите се възползвали от алгоритъм за машинно обучение с името HRDetect, който генетиците разработили по-рано за откриване на тумори с характерни “генетични подписи”, предизвикани от мутации в гените, известни като BRCA1 и BRCA2. Този алгоритъм е разработен именно за тези два гена, защото присъствието на всеки от тях увеличава риска за развитие на рак на гърдата.

По този начин, HRDetect може да предскаже вероятността за BRCA1/BRCA2 тип рак. Към настоящия момент за лечението му се използват клас препарати – инхибитори PARP, осигуряващи най-доброто лечение.

След обработването на данните от секвенирането на геномите на туморните клетки на пациентките, алгоритъмът разделил жените на три групи, давайки им висок, среден и нисък рейтинг.

Високият рейтинг предполагал, че жените най-вероятно имат рак от типа BRCA1/BRCA2. Тяхната реакция на лечение със съществуващите препарати била най-благоприятна и прогнозите за оздравяване най-добри.

Изненадващо, но групата, която била класифицирана със среден рейтинг и която би трябвало сравнително добре да реагира на съвременните лекарства, показала най-лоша реакция на използваните от онколозите препарати.

Това означава, че туморите при тези пациентки е бил вероятно провокиран от различни от BRCA1/BRCA2 мутации и е изисквал други лечебни подходи. Това била ценна информация за изследователите. „Прочитането” на генома на туморите на пациентките от тази група подсказало на специалистите какви механизми са довели до тяхната разновидност на рак. По този начин, учените могат много по-лесно да разработят нови ефективни лекарства и схеми за лечение.

Последната група, на която изкуственият интелект по резултатите от секвенирането дал най-нисък рейтинг, също не реагирали добре на лечението, тоест тяхната разновидност на рак също била предизвикана от други повреди в ДНК. Но геномът на туморните образувания при тези участнички показвал биологични изменения, които потенциално можели да бъдат „атакувани” както с вече съществуващи лекарства, така и с препарати, преминаващи клинични изпитания, например инхибитори на имунни контролни точки.

По думите на изследователите, секвенирането на генома на раковите клетки помага точно да се определи степента на „отклик” на раковото заболяване към планираното лечение. Особено е важно да се има тази информация, пристъпвайки към лечението на жени с тройно-негативен рак, който се смята за труднолечимо заболяване.

Според учените най-важният извод е , че секвенирането на генома на раковите клетки помага да се изясни, какво се случва в туморните образувания, които трудно се поддават на съществуващите противоракови терапии. Разбирането на този процес ще помогне да се разработят нови ефективни начини да се пребори тази коварна болест.

Междупрочем, впечатлява прогресът постигнат в технологията на секвениране. Пълен анализ на генома на тумора днес може да се извърши за 24 часа. Още от 24 до 48 часа са нужни на онколозите за анализ на получените данни. Вече е напълно реално секвенирането да стане рутинен метод за изследване, за да се оцени как протича болестта при всеки пациент и да се разработи индивидуален най-ефективен план за лечение.

Предложеният метод, по думите на изследователите, открива път за лечение на най-сложните и устойчиви към терапия злокачествени образувания.

„Секвенирането ни дава пълна представа за генома на рак. То ни разкрива много неща, които ние не можехме да видим по-рано, защото ние даже не ги търсихме. Пълната „карта” на раковия геном за всеки пациент ще помогне да се разбере, какво е предизвикало появата на тумора във всеки конкретен случай и ефективно да се лекува всеки конкретен човек” – обяснява Серена Ник-Зайнал в прес-релийза на университета.