DNS mikroshēmas Mērķa vēzis

Gatavojoties nelielai operācijai, Džonam Leventālam bija nepieciešama kārtējā krūškurvja rentgena izmeklēšana. Kad Ņūheivenas (CT) ārsts pievienojās radiologam, kurš izmeklēja filmu, viņš bija šokēts par redzēto: necaurspīdīgu plankumu dziļi viņa plaušās. Kā ārsts saka Leventāls, jums medicīnas skolā māca, ka, redzot tādu masu, tas nozīmē plaušu vēzi. Leventāla medicīniskā apmācība viņam arī iemācīja, ka, lai apstiprinātu diagnozi, ārstiem ir jāatver viņa ribu loks, lai iegūtu aizdomīgo audu gabalu, ko patologs rūpīgi izmeklēs — tā ir ārkārtīgi sāpīga un bīstama operācija. Nedēļas nogalē pirms šīs operācijas Leventāls devās ģimenes slēpošanas brīvdienās. Viņš atceras, ka domāja: Šī ir pēdējā reize, kad es ilgi, ilgi došos slēpot.

Tas bija pirms pieciem gadiem. Mūsdienās medicīnas profesijas veids, kā cīnīties ar vēzi, varētu mainīties. Apmēram tajā pašā laikā, kad to piedzīvoja Leventāls
ķirurģija, pētnieki no Stenfordas Universitātes un Santa Clara, Kalifornijā bāzētais startup Affymetrix sāka veidot pirmos DNS mikroshēmas. Plašāk pazīstamas kā DNS mikroshēmas, tās ir ar DNS pārklātas silīcija, stikla vai plastmasas plāksnītes, kas spēj vienlaikus analizēt tūkstošiem gēnu, lai. , piemēram, identificējiet tos, kas ir aktīvi šūnu paraugā. Tagad šie mikroshēmas šķiet gatavi pievienoties karam pret vēzi. DNS mikroshēmām, prognozē Nacionālā vēža institūta direktors Ričards Klausners, būs milzīga ietekme uz slimības diagnostiku un ārstēšanu.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2001. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Viens no satraukuma iemesliem ir tas, ka DNS mikroshēmas piedāvā pilnīgi jaunu un, iespējams, daudz agrāku, vieglāku un precīzāku veidu vēža šūnu noteikšanai. Vairums vēža veidu paliek nepamanīti, līdz veidojas saciļņi, klepus vai sāpes, un tad bieži vien ir par vēlu. Un pat tad, kad patologs saņem biopsiju no audzēja, atšķirt vienu vēža veidu no cita var būt grūti vai pat neiespējami, izmantojot esošās metodes, kas ietver šūnu arhitektūras izkropļojumu konstatēšanu mikroskopā. Labāku diagnostikas informāciju varētu izmantot, lai pieņemtu labākus lēmumus par ārstēšanu, iespējams, izšķirot dzīvību un nāvi.

nākamo divu gadu laikā patologi sāks izmantot uz DNS mikroshēmām balstītus rīkus, lai konstatētu ģenētiskās atšķirības starp šūnām; šīs indikatīvās atšķirības varētu izmantot, lai palīdzētu atklāt vēža šūnas ilgi pirms simptomu parādīšanās un atšķirt vienu vēža veidu no cita. Īsāk sakot, mikroshēmas nodrošinās vēža šūnas ģenētisko profilu, ko var lasīt kā noziedznieka repa lapu. Ārsts zinās, kur vēža šūna radusies, cik tālu tā ir progresējusi un kuras terapijas vislabāk palīdzēs apturēt tās turpmāko augšanu un izplatīšanos.

Leventālam paveicās. Viņa plaušu biopsija bija negatīva, un nākamajā ziemā viņš atgriezās nogāzēs. Taču viņam bija vajadzīgs mēnesis, lai atgūtos pēc biopsijas operācijas, un šodien viņa krūšu vidū ir dusmīga rēta, kas atgādina viņam par pārbaudījumu. Līdz desmitgades beigām, visticamāk, tāds pacients kā Leventāls varēs pilnībā izlaist invazīvās diagnostikas procedūras. Ierīce, kuras pamatā ir DNS mikroshēma, var nolasīt krēpu paraugu tieši ārsta kabinetā, pārbaudot ģenētiskās izmaiņas plaušu šūnās, kas dabiski tiek izvadītas viskozā šķidrumā. Ja ziņas ir sliktas, pacientam var būt daudz jaunu ārstēšanas iespēju. Tas ir tāpēc, ka DNS mikroshēmas arī paātrina jaunu un labāku vēža zāļu atklāšanu. Mēs esam uz jaunas ēras sliekšņa, saka Klausners. Tādas tehnoloģijas kā DNS mikroshēmas mums pateiks ne tikai to, ka kaut kas var būt nepareizi, bet arī to, kas tas ir un ko mēs varam darīt lietas labā.

Vācības ātrums

Saskaņā ar Amerikas vēža biedrības datiem, viens no katriem diviem vīriešiem un katrai trešajai sievietei Amerikas Savienotajās Valstīs, iespējams, kādā dzīves posmā saslimst ar vēzi, un šogad vien no šīs slimības mirst aptuveni 560 000 amerikāņu. progress nevar notikt pietiekami ātri. Apmēram 500 pētniecības laboratorijas akadēmiskajās aprindās un rūpniecībā jau izmanto DNS mikroshēmas, lai izstrādātu jaunus dažādu vēža veidu ģenētiskos attēlus. 1999. gadā Nacionālais vēža institūts vien piešķīra 4,1 miljonu dolāru 24 ASV akadēmiskajām vēža institūcijām, lai izveidotu vai modernizētu mikroarray centrus. Tikmēr farmācijas un biotehnoloģiju nozare izmanto informāciju, kas iegūta no DNS mikroshēmām, lai izstrādātu jaunus un labākus diagnostikas testus un efektīvākus. pretvēža zāles ar mazākām blakusparādībām. Patiešām, visi lielākie zāļu uzņēmumi un vismaz ducis biotehnoloģiju uzņēmumu jau izmanto DNS mikroshēmas, lai cīnītos pret vēzi.

Tajā pašā laikā lielie ražošanas uzņēmumi, piemēram, Agilent Technologies, Corning un Motorola, saskata DNS mikroshēmu potenciālu. Visi trīs ir sadarbojušies ar akadēmiskiem pētniecības centriem, lai izstrādātu DNS mikroshēmas, kas analizēs ar specifiskiem vēža veidiem saistītus gēnus. Un, lai gan šobrīd DNS mikroshēmas ir pārāk dārgas, lai konkurētu ar esošajām diagnostikas tehnoloģijām, šo ražotāju un to ražotņu iesaistīšanās mikroshēmas cenas varētu samazināt līdz pat 10 USD, tiklīdz tiks uzsākta liela apjoma ražošana.

Protams, lai DNS mikroshēmas palīdzētu uzvarēt karā pret vēzi, būs vajadzīgas ievērojamas pūles un turpmākas attīstības gadi. Pirmkārt, DNS mikroshēmas ģenerē daudz datu, un pētniekiem būs jāpalielina savas skaitļošanas iespējas un jānosaka datu standarti, lai tam visam būtu jēga ( skat Džīna Bābele , TR 2001. gada aprīlis ). Un visām jaunajām zālēm vai diagnostikas ierīcēm būs jāpierāda sevi klīniskajos pētījumos. Taču sākotnējie rezultāti no centieniem izmantot DNS mikroshēmas vēža ārstēšanai — jauni diagnostikas instrumenti — varētu sākt glābt dzīvības jau nākamā gada beigās. Pirmās pretvēža zāles, kas izstrādātas, izmantojot DNS mikroshēmas, tiks pētītas ar cilvēkiem aptuveni tajā pašā laikā, un tām sekos vēl vairāki desmiti. Ar visiem šiem jaunajiem pieejamajiem instrumentiem pašlaik neārstējamās vēža formas kādu dienu var vairs nenozīmēt nāvessodu.

Profili vēža jomā

Pirmais solis ceļā uz šo grandiozo redzējumu ir to gēnu profila ģenerēšana, kas tiek aktivizēti vai izslēgti, kad normāla šūna kļūst par vēzi. Lai gan lielākā daļa gēnu jebkurā brīdī ir klusi jebkurā šūnā, tie, kas ir aktīvi vai izteikti, pastāstīt daudz par šīs šūnas veselību. Un, lai gan daudzi no mums mēdz uzskatīt, ka slimības izraisa konkrēti gēni, piemēram, Hantingtona slimības vai cistiskās fibrozes gēns, lielākā daļa slimību patiesībā ir saistītas ar sarežģītu mijiedarbību starp lielu dažādu gēnu kopu. Tomēr, tāpat kā cilvēka pirkstu nospiedumus var atšķirt no praktiski visiem citiem tikai pēc neliela skaita atšķirību, sava veida ģenētiskais pirkstu nospiedums, kas, iespējams, ietver simts aktīvus gēnus vai pat mazāk, varētu atšķirt šūnas, kurām ir pat pašas agrākās vēža pazīmes.

Klausners saka, ka tādas tehnoloģijas kā DNS mikroshēmas izmantošanas skaistums pirkstu nospiedumu atrašanai ir tāds, ka mūs neierobežo iepriekš izveidotas zināšanas vai priekšstati. Citiem vārdiem sakot, vēža izmeklētājiem vairs nav jānovirza savi eksperimenti, atsevišķi aplūkojot gēnus, par kuriem viņi domā, ka tie varētu būt saistīti ar noteiktu vēzi. Tā vietā, lai koncentrētos uz vienu gēnu, skaidro Nacionālā vēža institūta pētnieks Luiss Stauds, ar mikromasīviem mēs varam aplūkot visu genomu un ļaut vēža šūnai pastāstīt, kas ir svarīgi gēni.

Nacionālā vēža institūta galvenais mērķis, lai pierādītu DNS mikroshēmas pieejas derīgumu, ir tā sauktais limfomas / leikēmijas molekulārās profilēšanas projekts, kuru vada Staudt. Pētījumā aplūkota difūzā lielo B šūnu limfoma, salīdzinoši izplatīts balto asins šūnu vēzis, kas katru gadu skar vairāk nekā 15 000 cilvēku Amerikas Savienotajās Valstīs. Kad onkologi šiem pacientiem piešķir standarta ķīmijterapijas ārstēšanu, aptuveni 40 procenti reaģē ātri. Viņu vēzis izkūst, un lielākā daļa joprojām ir dzīvi piecus gadus pēc diagnozes noteikšanas. Bet no pārējiem 60 procentiem lielākajai daļai nav tik paveicies. Vēzis var īslaicīgi nonākt remisijā, bet, kad tas atgriežas, tas atgriežas ar atriebību. Daži pacienti tajā brīdī gūst labumu no staru terapijas un kaulu smadzeņu transplantācijas, taču lielākajai daļai pacientu jau ir par vēlu apturēt slimības izplatību. Skaidrs, ka abās grupās ir kaut kas atšķirīgs, taču patologa mikroskopā to vēža šūnas izskatās identiskas.

Pārsteidzošā atbilde ir tāda, ka šie pacienti atšķirīgi reaģē uz ārstēšanu, jo patiesībā viņi cieš no pilnīgi dažādiem limfomas veidiem. Izmantojot to, ko viņi nodēvēja par limfočipu, pielāgotu Affymetrix DNS mikroshēmu, Staudt un grupa Stenfordā, kuru vadīja ģenētiķis Deivids Botšteins, atklāja atšķirīgas ģenētiskās atšķirības starp vēža gadījumiem pacientiem ar lielu B šūnu limfomu, kuri nomira un tiem, kuri izdzīvoja. Es biju pārsteigts par to, ko atradām, saka Botšteins. Faktiski viņi aplūkoja divas dažādas slimības. Tas ir ievērojams, saka Štauds. Mēs atradām šajā slimībā kaut ko tādu, kas tika palaists garām visus gadus, ko patologi to aplūkoja.

Līdzīgi projekti pašlaik tiek īstenoti, lai profilētu dažādas vēža formas, sākot no dažāda veida melanomas līdz resnās zarnas vēzim. Lielākajai daļai citu vēža gadījumu ir līdzīgi simptomi kā limfomas gadījumā: daži pacienti uzlabojas, bet daži ne, taču nav iespējams paredzēt, kurš reaģēs uz terapiju. Ja būtu kāds veids, kā identificēt pacientus, kuri nereaģēs uz standarta ķīmijterapiju, ārsti varētu nekavējoties pievērsties alternatīvām ārstēšanas metodēm un glābt dzīvības. Patiešām, saka Pats Brauns, Stenfordas Universitātes Medicīnas skolas ģenētiķis, kurš palīdzēja izgudrot vienu no diviem galvenajiem DNS mikroshēmu veidiem. Tas pats stāsts ir par virkni vēža, ko mēs aplūkojam – vēžiem ar atšķirīgu klīnisko iznākumu ir dažādi molekulārie apakštipi. . Zinot precīzu vēža apakštipu, kas skar pacientu, ārsti varētu palīdzēt izvēlēties pareizo ārstēšanu jau no paša sākuma.

Atklāšanas pilnveidošana

Kad pētnieki uzzinās dažādu vēža veidu pirkstu nospiedumus, viņi varēs izveidot pielāgotas DNS mikroshēmas, kuras ārsti var izmantot, lai diagnosticētu pacientus ar iepriekš nedzirdētu precizitāti. Staudt saka: Mācību grāmatas par vēža diagnostiku tiks pārrakstītas nākamo trīs līdz četru gadu laikā. [DNS mikroshēmu balstīta diagnostika] ļoti drīz kļūs par rutīnas tehnoloģiju.

Bet spēja nolasīt smalkas ģenētiskas izmaiņas varētu ļaut ārstiem darīt vairāk, nekā precīzi noteikt vēža identitāti; tas varētu arī palīdzēt viņiem nolasīt agrīnās brīdinājuma pazīmes, ka normālas šūnas gatavojas pārvērsties par vēzi — ilgi pirms šādas izmaiņas ir acīmredzamas patologam. Uz to jebkurā gadījumā cer Dienvidfloridas universitātes vēža ģenētiķis Melvins Tokmens. Viņš un viņa kolēģi strādā pie plaušu vēža agrīnas noteikšanas metodes — metodes, kas Džona Leventāla rētu varētu padarīt par medicīnisko tumšo laikmetu reliktu.

Pētnieki ņem krēpu paraugus no bijušajiem smēķētājiem un izmanto DNS mikroshēmas, lai analizētu, kuri gēni ir aktīvi plaušu šūnās. Salīdzinot šo bojāto šūnu ģenētisko profilu ar profiliem gan no veselām, gan vēža plaušu šūnām, Tokmens cer atrast pirkstu nospiedumu, kas liecina, ka vēzis tikai gatavojas veidoties. Nākotnē pacients, kuram ir plaušu vēža risks, var veikt vienkāršu uz DNS mikroshēmu balstītu testu šī ģenētiskā pirksta nospieduma noteikšanai katru reizi, kad viņš dosies uz regulāro pārbaudi.

Tas ir dažus gadus nākotnē, taču sākotnējā DNS mikroshēmu atdeve vēža noteikšanā var notikt vēl ātrāk. Pētnieki jau izmanto mikroshēmas, lai identificētu indikatoros proteīnus, kurus var noteikt ar tradicionālajiem vēža skrīninga instrumentiem. Ja vēzim ir simts unikāli izteikti gēni, skaidro Mohans Aijers, Santaklāras biznesa attīstības viceprezidents, Kalifornijas štatā bāzētā diaDexus, galvenais uzdevums ir atrast vienu [no olbaltumvielām, ko šie gēni kodē], ko var izmantot vienkārša asins analīze, lai pārbaudītu cilvēkus attiecībā uz vēzi. Ja tiktu atklāts, ka proteīns ir unikāls noteiktam vēzim, saka Ijers, standarta slimnīcas aprīkojums to varētu viegli noteikt asins paraugā.

Izmantojot DNS mikroshēmas rīkus, kas tagad palīdz identificēt proteīnus, kas saistīti ar krūts, plaušu, resnās zarnas un olnīcu vēzi, piemēram, Incyte Genomics, Corning un nedaudzi citi uzņēmumi izstrādā jaunas uz proteīnu balstītas skrīninga metodes slimību diagnosticēšanai. . Šiem jaunajiem testiem vajadzētu sākt sasniegt diagnostikas laboratorijas tuvāko divu gadu laikā.

Līdzekļi, ātri

Taču labāka diagnostika sāks radīt patiesas pārmaiņas tikai tad, ja tā tiks apvienota ar efektīvākām ārstēšanas metodēm, kas ir precīzi pielāgotas, lai apkarotu noteiktus vēža veidus. Pat ja jūs varat atšķirt 50 dažādas limfomas, saka Jēlas Universitātes Medicīnas skolas patologs Maikls Kašgarians, kāda nozīme ir tam, vai tas ir A vai Z veids, ja terapija ir vienāda?

Šajā vēža zāļu atklāšanas jomā galvenā loma ir arī DNS mikroshēmām. Tāpat kā liela skaita gēnu ātra analīze palīdz profilēt vēzi labākai diagnostikai, tā arī sniedz vērtīgus norādījumus par to, kā uzbrukt vēža šūnām.

Pētnieki jau sen ir uzskatījuši, ka jaunu terapiju izstrāde sāksies ar ar vēzi saistītu gēnu atrašanu, taču pēdējās divas desmitgades ir bijušas vilšanās pilnas. Stīvens Draugs, savulaik onkoloģijas pētnieks Vaithedas Biomedicīnas pētījumu institūtā Kembridžā, MA un tagad Rosetta Inpharmatics izpilddirektors Sietlā, vaino to, ko viņš sauc par manu iecienītāko gēnu pieeju. Biomedicīnas pētnieki pavadītu gadus, lai izsekotu vienu gēnu, kas saistīts ar noteiktu vēzi, un pēc tam pieņemtu, ka šis gēns vai tajā kodētais proteīns būtu lielisks mērķis jaunām zālēm. Taču draugs saka, ka 999 no 1000 gadījumiem pastāv iespēja, ka jūs kļūdāties. Ļoti maz gēnu darbojas atsevišķi un tik vienkāršās un tiešās attiecībās ar ķermeni, lai izraisītu slimības. Dievs, vai mēs bijām stulbi! viņš saka.

Draugs tagad ir pārliecināts, ka tādas tehnoloģijas kā DNS mikroshēmas, kas ļauj pētniekiem atrast visus ar slimību saistītos gēnus, ir pareizais ceļš. (Rosetta piedalās šādos pētījumos, pārdodot programmatūru un citus pakalpojumus mikromasīvu nolasīšanai.) DNS mikroshēmas var ne tikai palīdzēt identificēt visus potenciālos zāļu mērķus noteikta veida audzējiem, bet arī palīdzēt izslēgt gēnus, kas ir aktīvi veseli audi. Tādā veidā zāļu ražotāji var izstrādāt precīzi mērķtiecīgu ārstēšanu, kas nogalina vēža šūnas, nekaitējot citām ķermeņa daļām. Narkotikas, saka Draugs, tiks izstrādātas par desmito daļu no izmaksām un trešdaļā laika, uzlabojot mērķauditorijas atlasi un nodrošinot savienojumus. neizraisa nevēlamas blakusparādības.

Eos Biotechnology, Dienvidsanfrancisko uzņēmums, kas izstrādā jaunas vēža terapijas, izmantojot sava partnera Affymetrix DNS mikroshēmas, apgalvo, ka viņam ir taisnība. Uzņēmuma laboratorijās genomikas pētījumu viceprezidents Deivids Maks tur vienu no šīm mikroshēmām, kas satur praktiski visu cilvēka gēnu komplektu. Viņš saka, ka mūsdienās spēja ģenerēt cilvēka genomu mikroshēmā ir neticama. Eos izmanto mikroshēmas kā platformu, lai salīdzinātu ģenētisko aktivitāti normālās cilvēka šūnās un, piemēram, krūts vēža šūnās. Pēc tam datori var izšķirt gēnus, kas ir aktīvi tikai slimajā šūnā. Turklāt tie var atlasīt tikai tos gēnus, kas ir vislabākie narkotiku mērķi.

Saskaņā ar tradicionālo zāļu izstrādes paradigmu, kad pētnieki identificē potenciālo mērķu kopumu, viņi sāk paklupt uz priekšu izmēģinājumos ar dzīvniekiem un cilvēkiem, ar pamatotiem minējumiem par to, kuras iespējamās zāles varētu būt efektīvas pret konkrētu mērķi un kuras no šīm zālēm varētu būt efektīvas. ir toksiskas blakusparādības. Ļoti bieži kandidāta problēmas kļūst acīmredzamas tikai daudz vēlāk, un tas rada milzīgas laika un naudas izmaksas.

Turpretim Eos turpina izmantot mikromasīvus un citas liela apjoma genoma metodes, lai pārbaudītu zāles, labāk prognozējot, kuras būs visefektīvākās un vismazāk toksiskas, pirms vēl tiek sākta dārgāka testēšana. Saskaņā ar Mack teikto, mēs redzam, ka tās ir balstītas uz datiem. zinātne tagad, kas nav bijusi iepriekšējā paradigma. Daļēji pateicoties DNS mikroshēmu izmantošanai, uzņēmums plāno nākamajā gadā sākt savu pirmo zāļu klīnisko pārbaudi, kas uzbrūk audzēja spējai radīt savu dzīvību uzturošo asins piegādi. - ar vairāk nekā duci citu pretvēža zāļu, kas drīzumā tiks ražotas. Viņš saka, ka beidzot ir šo tehnoloģiju solījums ietekmēt pacientus.

Lai gan DNS mikroshēmas ir pastāvējušas tikai apmēram piecus gadus, tās jau ir palīdzējušas farmācijas uzņēmumu cauruļvados nonākt vairākās jaunās zālēs un identificēt daudzus potenciālus jaunus zāļu mērķus un agrākas diagnostikas avotus. Pateicoties šiem sasniegumiem, tas ir iespējams, ka nākamajā desmitgadē vēža terapija kļūs gan sarežģītāka, gan efektīvāka. Galu galā katra pacienta vēža pirkstu nospiedums tiks sasniegts ar pareizo zāļu kokteili vai terapiju kombināciju. Ārstiem būs jauni instrumenti, lai diagnosticētu un ārstētu vēzi daudz agrāk, kad izārstēšanas iespējas ir daudz labākas, un uzraudzītu pacienta progresu, nodrošinot, ka audzēji neattīsta rezistenci pret ārstēšanu.

Var paiet vairāk nekā desmit gadi, līdz šāda prakse kļūs par normu, taču, ja un kad tā notiks, tā mainīs visu tādiem cilvēkiem kā Džons Leventāls. Viņa (nepareizā) plaušu vēža diagnoze tika noteikta, kad viņš bija vecumā, kurā viņa tēvs ieguva ziņas par vēzi, kas galu galā viņu nogalināja — fakts, kas izraisīja Leventāla šausmas, kad viņš uzzināja, ka viņam varētu būt vēzis. Bet, ja viņa bērni kādreiz nonāks tādās pašās vietās, iespējams, viņiem nebūs tik daudz jābaidās.

paslēpties