Охота на оборотней

Какие методы сегодня позволяют обнаружить рак даже на ранних стадиях

Какие методы сегодня позволяют обнаружить рак даже на ранних стадиях
Иммунные клетки человека борются с «оборотнями» (в центре), но сил хватает не всегда. Фото: NIH Image Gallery/flickr

Рак — одна из главных причин смерти людей во всем мире. Тысячи научных групп по всему миру создают новые методы лечения, но противник по-прежнему силен. И главная его сила — в скрытности: большинство больных узнают о болезни уже на поздних стадиях. «Чердак» рассказывает, как сегодня выявляют страшный недуг и как не пропустить болезнь.

Рак сопровождает человечество всю его историю, а первые описания этого заболевания были сделаны еще в Древнем Египте. Правда, эскулапы далекого прошлого могли «диагностировать» только опухоль, заметную невооруженным глазом. С тех пор в арсенале врачей появились рентген, компьютерный томограф, сверхмощные микроскопы и даже генетический анализ. И все равно, если верить статистике, в половине случаев болезнь выявляют на поздней стадии, когда лечить ее уже очень трудно. Почему рак так сложно обнаружить и ждут ли нас какие-то прорывы в этой области?

То, что мы привыкли называть одним коротким пугающим словом, на самом деле — целое семейство болезней. Рак всегда начинается с единственной клетки, в которой «ломаются» гены, заставляющие ее делиться и умирать именно тогда, когда это нужно организму (они получили название генов-онкосупрессоров). От того, какому органу или ткани принадлежит эта клетка, будет зависеть вся дальнейшая история болезни. Раки крови, печени или легких имеют собственные стадии развития, симптомы и особенности лечения. И все же, как у всех родственников, у них есть нечто общее. Раковые клетки отличаются от здоровых тем, что не желают ни умирать, ни «взрослеть», а только делятся. Они игнорируют химические сигналы от иммунной системы запустить программу клеточной гибели (апоптоз) и перестают специализироваться, то есть напоминают незрелые клетки той ткани, из которой стала расти опухоль (I и II стадии).

Со временем «оборотни» разворачивают против организма настоящую войну за собственное выживание. Они захватывают новые территории, прорастая в здоровые ткани или мигрируя по лимфатическим сосудам (этот процесс называется образованием метастазов), и выделяют токсины, подавляющие иммунитет, все больше ослабляя своего хозяина (III и IV стадии). Эта злобная экспансия вызывает разнообразные симптомы: боль, кровоизлияния, слабость, резкую потерю веса, с которыми человек и приходит к врачу. На этой стадии рак чаще всего находят, но вылечить его нередко уже невозможно. Поэтому главная задача современной диагностики — вычислить «оборотней» раньше.

Заглянуть внутрь

Когда речь заходит о диагностике рака, мы обычно представляем озабоченное лицо доктора, рассматривающего рентгеновские снимки в поисках коварного уплотнения. Рентген, использующийся в онкологии практически со времен изобретения, то есть с 1930-х годов, вместе с ультразвуком (УЗИ) — до сих пор самые доступные способы увидеть развивающуюся опухоль. Компьютерная и магнито-резонансная томография (КТ и МРТ), появившиеся в конце XX века, позволяют изучить объект послойно или сделать его 3D-модель.

Благодаря радиоизотопной диагностике даже можно понять, какая это опухоль: доброкачественная или злокачественная. Доброкачественные опухоли на обычных снимках неотличимы от смертельно опасных «родственников», а вот при добавлении изотопов ведут себя иначе. Доброкачественная опухоль тоже результат поломки генов-супрессоров, но в ее клетках отключен лишь «стоп-сигнал» на деление. Клетки продолжают выполнять свои функции и специализироваться (ученые говорят «дифференцироваться») и, занятые этими важными делами, делятся гораздо медленней раковых. Кроме того, они не мигрируют и не дают метастазов. Столь заметная разница в образе жизни неизбежно проявляется в клеточном обмене веществ.

Изобретение компьютерной томографии и МРТ произвело настоящую революцию в диагностике. Фото: EPSTOCK/shutterstock


В первую очередь, клетки рака гораздо активней питаются, то есть потребляют глюкозу. Онкологическую «прожорливость» и использовали ученые при разработке методов радиоизотопной диагностики. Пациенту вводят раствор глюкозы, меченной радиоактивными изотопами, которые относительно стабильны и при распаде испускают фотон (в методе однофотонной эмиссионной компьютерной томографии — ОФЭКТ) или позитрон (позитронно-эмиссионная томография — ПЭТ). Детектор аппарата улавливает излучение, врач видит на снимке распределение глюкозы и понимает, насколько ненасытны клетки.

Исследования на самые распространенные виды рака — легких и груди — входят программу ежегодной диспансеризации. Это всем известные флюорография и маммография. Но на них являются только самые дисциплинированные, так что чаще всего опухоль обнаруживают случайно, проводя исследование совсем по другому поводу.

Раковые метки

Когда в 1960-х годах ученые, среди которых был наш соотечественник Гарри Абелев, открыли первый онкомаркер — вещество, уровень которого в крови достоверно поднимается при развитии раковой опухоли, они были очень удивлены. Этим веществом оказался альфа-фетопротеин (АФП) — «белок беременных», который обычно вырабатывают ткани плаценты. Исследования Абелева показали, что этот же белок выбрасывают в кровь клетки гепатокарциномы — рака печени.

Впоследствии специалисты открыли более 200 онкомаркеров для разных видов рака, и во многих случаях «сигнальными» веществами почему-то выступали соединения, характерные для беременных женщин или развивающегося плода. Довольно быстро ученые догадались, в чем дело: раковые клетки делятся с той же скоростью, что и клетки растущего эмбриона, — отсюда и сходная биохимия. И такая «мимикрия» существенно ограничивает использование онкомаркеров в ранней диагностике рака.

Из 200 веществ достоверно указывают на опухоли около 20 — остальные в небольших количествах есть и в крови абсолютно здоровых людей. В нашем теле постоянно что-то обновляется, а значит, есть клетки, которые быстро делятся, и пока опухоль маленькая, она не выделяется на этом фоне. Хотя среди онкомаркеров есть и совершенно точные предикторы рака. Например, большое количество простатического специфического антигена (ПСА) однозначно указывает на рак или аденому предстательной железы. Хотя это нормальный белок простаты, который нужен для разжижения спермы, в больших количествах он поступает в кровь только при развитии опухолей предстательной железы.

Сегодня обнаружение онкогеннов — рутинная процедура, которую могут провести практически в любой лаборатории. Фото: HALERNGSAK MONGKOLSIN/shutterstock


Ученые постепенно находят все более специфичные белковые маркеры для разных видов рака, например для опухолей молочной железы их сегодня известно три. Кроме того, специалисты работают над тем, чтобы сделать сам анализ более чувствительным. Например, за счет изобретения новых химических катализаторов. В этом году исследователи из нескольких американских университетов под руководством доктора Сяоху Ся (Xiaohu Xia) предложили в качестве «ускорителя» для анализа на тот же ПСА нанокубики палладия, покрытые слоем иридия, — оказалось, что такой катализатор в 110 раз эффективнее природного аналога — фермента пероксидазы.

Однако с большей надеждой ученые смотрят на другую группу раковых «меток» — генетические онкомаркеры. Хотя клетки рака стремятся к бессмертию, многие из них гибнут от атак иммунной системы, другие — в безжалостной борьбе за ресурсы с себе подобными. Фрагменты ДНК «проигравших» попадают в кровь и выдают «оборотней». Даже на самых ранних стадиях болезни геномный анализ выявит «поломанные» гены-онкосупрессоры. Часть нуклеотидной последовательности, которая осталась без изменений, может указать и на то, клетки какого органа стали перерождаться.

Проблема только в том, чтобы сделать анализ достаточно простым для использования в обычной больнице или поликлинике. Даже за рубежом далеко не каждое медучреждение может похвастаться наличием в штате квалифицированного генетика.

В 2015 году группа профессора Амит Меллер (Amit Meller) из Израильского технологического института предложила использовать в качестве сенсоров для обнаружения в последовательностях ДНК маркеров рака кишечника и легких особые структуры — кремниевые мембраны с нанопорами. Обычно эти тонкие пленки из кремния с отверстиями от 5 до 25 нм используются в аппаратах искусственной почки для фильтрации крови. Если сначала через поры пропустить положительно заряженные ионы солей, этот заряд привлечет к ним молекулу ДНК, которая заряжена отрицательно. Цепочка проходит с одной стороны мембраны на другую, а пора работает как сканер, считывая оптические и электрические сигналы от нуклеотидов. Но пока пропускать ДНК через кремниевое нано-«сито» умеют только сами специалисты из группы Меллера, и неизвестно, сколько лет уйдет, чтобы превратить его в инструмент, доступный для любой лаборатории в обычной больнице.

Более простой способ придумали российские ученые из новосибирской биотехнологической компании «СибЭнзим». В 2014 году исследователи получили фермент, который позволяет точно находить выключенные гены-онкосупрессоры. Новый метод не требует специального оборудования: его можно использовать на стандартных приборах для определения последовательности ДНК, которые есть в большинстве государственных клиник, и тем более — в коммерческих лабораториях. Сейчас методику «доводит до ума» научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор». Специалисты центра обещают уже к 2017 году подготовить тест-систему для использования в клиниках.

Учуять неладное

Есть и более оригинальные варианты ранней диагностики рака, которые исходят из идеи, что, если опухоль оставляет химические метки в крови человека, ее следы наверняка можно найти и в других биологических выделениях, например в слюне или моче. Любопытные исследования в этой сфере проводятся с животными, которые знамениты отличным обонянием, — прежде всего, с собаками. Специалисты клинического и научно-исследовательского центра Humanitas Clinical and Research Center в Милане показали, что собаки определяют образцы мочи мужчин, больных раком простаты, с точностью 93 процента.

Очень может быть, что наши верные друзья и их удивительный нос еще не раз сослужат добрую службу — теперь в борьбе с раком. Фото: bullcitydogs/flickr


Российские ученые под руководством Елены Родионовой из Института проблема передачи информации (ИППИ) РАН исследовали способность собак, подготовленных кинологами для работы в аэропортах, распознавать по запаху фекалий мышей с раком печени. При этом на 11 образцов от здоровых мышей приходился всего один от больной. Собаки верно определили его в 27 случаях из 30.

Эти эксперименты доказывают, что в естественных выделениях организма содержатся какие-то летучие органические соединения (ЛОС), указывающие на развитие злокачественной опухоли. Собаки четко их узнают, но вот рассказать, что это за соединения, не могут. Если ученым удастся определить химический состав летучих маркеров, эти данные можно будет использовать для аппаратных исследований — газовой хроматографии или масс-спектрометрии. А если удастся обнаружить такие ЛОС в выдыхаемом человеком воздухе, то можно будет создать прибор для диагностики рака, работающий по принципу алкотестера.

Впрочем, главная причина того, что рак убивает столько людей, вовсе не в отсталости технологий. Россия сегодня занимает одной из первых мест по уровню смертности от онкологических заболеваний не из-за того, что в стране нет нужных приборов (хотя этот фактор тоже важен), а из-за позднего обращения больных к врачу. При этом изменить ситуацию можно без всяких инноваций — достаточно хотя бы раз в год делать ту же флюорографию.

Наталья Нифантова
Теги:

Читать еще: