Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ), Института молекулярной биологии (ИМБ РАН), Института биоорганической химии (ИБХ) и ряда других российских научно-исследовательских центров разработали новый метод диагностики колоректального рака. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Cancer Medicine.
@ Butvilovskaya V. I. et al. //Cancer medicine. – 2016.
Ученые создали гидрогель на основе биочипов, которые могут помочь обнаружить рак кишечника (колоректальный рак). Он является третьим наиболее распространенным типом рака и развивается с минимальными клиническими симптомами на ранних стадиях. Несмотря на усилия врачей, пятилетняя выживаемость данной категории больных не превышает 36%. Лечение эффективно только на ранних стадиях.
Диагностические методы, которые используются в настоящее время, являются недостаточными. Колоноскопия не всегда подходит для ранней диагностики, так как не дает полной картины развития и распространения колоректального рака.
Новый метод основан на одновременном обнаружении различных веществ в крови пациентов. В сыворотке крови на ранних стадиях рака могут быть обнаружены вещества — аутоантитела и онкомаркеры (молекулы, продуцируемые клетками опухоли).
Онкомаркеры уже широко используются для выявления рака. Тем не менее, метод, который используется для обнаружения колоректального рака (карциноэмбриональный антиген с углеводным антигеном), недостаточно чувствителен и способен обнаружить только 1 из 2 случаев заболевания. Для повышения диагностической чувствительности исследователи обратились к гликобиологии, которая сосредоточена на важных биологических молекулах — гликанах.
Наиболее известными являются гликаны крахмала, хитина и целлюлозы. С точки зрения химии, гликаны, состоящие из большого числа моносахаридов (глюкозы и фруктозы), связаны с гликозидами. Кроме того, действуя в качестве питательных веществ и строительных материалов для клеток, гликаны имеют большое значение для контакта между клетками. Опухолевые клетки содержат специальные гликаны, позволяющие ученым отличить их от здоровых клеток, и это является ключевым аспектом нового исследования.
Для обнаружения опухолевых гликанов ученые используют аутоантитела. Антитела представляют собой молекулы, продуцируемые иммунной системой, чтобы атаковать вражеские клетки с высокой точностью. Они «доработаны», чтобы взаимодействовать с определенной целью. Например, антитела против вируса гриппа взаимодействуют только с белком, который содержит вирусные частицы определенного штамма, и аутоантитела против опухоли реагируют исключительно на гликаны, которые можно найти в клетках рака.
Антитела способны определить эти клетки и начать процесс их уничтожения. Любые клетки могут стать мишенью, если они превратились в раковые клетки или заразились вирусом. Многие диагностические лабораторные методы и научные эксперименты основаны на уникальной способности антител для селективного обнаружения других молекул.
Исследователи предложили искать аутоантитела против гликанов опухоли в сыворотке крови. Метод уже продемонстрировал свой потенциал в диагностике рака яичников.
Идея использования микрочипов впервые была предложена в 1980 году Андреем Мирзабековым, руководителем Института молекулярной биологии. Сегодня эта идея является технической основой для биологии 21-го века. Микрочип имеет вид плоской пластины, содержащей образцы конкретных биологических молекул, однако в новой работе исследователи изучили новую разработку — трехмерный гидрогель на основе биочипов.
Эти чипы являются 3D-клетками, изготовленными из специального геля, который содержит необходимые реагенты — молекулярные зонды. Структура геля обеспечивает оптимальную среду для проведения испытаний, и ученым удалось обеспечить более точные диагнозы — например, они достигли равномерного распределения молекулярных зондов с гораздо большей чувствительностью по сравнению с обычными «плоскими» системами.
Исследователи разработали модель тест-системы, которая способна одновременно измерять концентрацию белка на основе онкомаркеров, соотношения аутоантител к гликанам и иммуноглобулинам IgG, IgA и IgM в крови пациента. Принимая во внимание, что большинство белковых маркеров не являются специфическими с точки зрения расположения и типа опухоли, ученые разделили их на группы — диагностические и прогностические.
Используя модель, ученые проанализировали сыворотку крови 33 пациентов с колоректальным раком, 69 здоровых доноров и 27 пациентов с воспалительным заболеванием кишечника. Случаи болезни Крона и дивертикулита могут привести к колоректальному раку, однако, их нельзя путать друг с другом при диагностике болезни — система лабораторного анализа должна быть не только чувствительной, но и точной.
Этот метод превосходит все другие существующие методы. Модель тест-системы на основе диагностических подписей была в состоянии диагностировать рак кишечника в 95% случаев. Чувствительность обнаружения рака составила 87%. Это увеличение является значительным достижением. Специфичность метода составляет 97%.
Чувствительность диагностического метода позволяет обнаружить заболевание. Чем выше чувствительность, тем лучше результаты, но чувствительности не достаточно, чтобы поставить диагноз.
«Метод, разработанный учеными, имеет большой потенциал для использования в диагностике желудочно-кишечных заболеваний. Мы надеемся, что испытательные системы, основанные на этом методе, вскоре появятся в клинических лабораториях России», — говорит Жанна Зубцова.
Авторы другого исследования заявили, что первичная локализация опухоли может предсказать выживание у больных с колоректальным раком.
Подробнее в научной статье:
Butvilovskaya V. I. et al. Multiplex determination of serological signatures in the sera of colorectal cancer patients using hydrogel biochips //Cancer medicine. – 2016.
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.