Переосмысление метастазов мозга: не просто опухоль, а взломанные нервные цепи

Новое исследование бросает вызов широко распространенному мнению о том, что когнитивные нарушения вследствие метастазов в мозг возникают исключительно из-за массового эффекта опухоли. Исследование показало, что метастазы изменяют химию мозга и нарушают нейронную связь.

Искусственный интеллект использовался для выявления наличия метастазов у мышей, что дает возможность для ранней диагностики и более эффективного лечения. Это новаторское исследование закладывает основу для «смены парадигмы» в понимании, диагностике и лечении метастазов в головной мозг.

Почти половина всех пациентов с метастазами в головной мозг имеют когнитивные нарушения. До сих пор считалось, что это происходит из-за физического присутствия опухоли, давящей на нервную ткань. Но эта гипотеза «эффекта массы» ошибочна, поскольку часто не существует связи между размером опухоли и ее когнитивным воздействием. Небольшие опухоли могут вызывать значительные изменения, а большие опухоли могут вызывать легкие последствия.

Почему так?

Объяснение может заключаться в том, что метастазы в мозг нарушают деятельность мозга, как показывает исследование, впервые представленное в научном журнале  Cancer Cell.

Авторы из Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Испанского национального онкологического исследовательского центра (CNIO) обнаружили, что когда рак распространяется (метастазирует) в головной мозг, это изменяет химию мозга и нарушает нейронную связь — нейроны общаются посредством электрического тока, импульсов, генерируемых и передаваемых биохимическими изменениями в клетках и их окружении.

Демонстрация с искусственным интеллектом

Исследователи изучили электрическую активность мозга мышей с метастазами и без них и заметили, что электрофизиологические записи двух групп животных с раком отличались друг от друга. Чтобы убедиться, что это связано с метастазами, ученые обратились к искусственному интеллекту.

Авторы исследования обучили автоматический алгоритм с помощью многочисленных электрофизиологических записей, и модель действительно смогла выявить наличие метастазов. Система даже смогла отличить метастазы от различных первичных опухолей — рака кожи, легких и молочной железы.

Эти результаты показывают, что метастазирование действительно определенным образом влияет на электрическую активность мозга, оставляя четкие и узнаваемые следы.

По мнению авторов, исследование представляет собой «сдвиг парадигмы» в базовом понимании развития метастазов в головной мозг и имеет значение для профилактики, ранней диагностики и лечения этой патологии.

В поисках препарата против нейрокогнитивных эффектов

Помимо регистрации изменений электрической активности мозга при наличии метастазов, исследователи начали изучать биохимические изменения, которые могут объяснить это изменение. Анализируя гены, экспрессируемые в пораженных тканях, ученые идентифицировали молекулу EGR1, которая может играть важную роль в этом процессе.

Это исследование открывает возможность разработки препарата для предотвращения или облегчения нейрокогнитивных эффектов метастазов в головной мозг.

Как объясняет Мануэль Валиенте (Manuel Valiente), «наше междисциплинарное исследование бросает вызов общепринятому до сих пор предположению, что неврологическая дисфункция, которая очень часто встречается у пациентов с метастазами в головной мозг, обусловлена исключительно массовым эффектом опухоли. Мы предполагаем, что эти симптомы являются следствием изменений в активности мозга в результате вызванных опухолью биохимических и молекулярных изменений. Это сдвиг парадигмы, который может иметь важные последствия для диагностики и терапевтических стратегий».

Лисет Менендес де ла Прида (Liset Menéndez de la Prida), директор Лаборатории нейронных цепей Института Кахаля (CSIC), комментирует: «Используя машинное обучение, мы смогли интегрировать все данные для создания модели, которая позволяет нам узнать, существует или нет метастазы в мозг, просто взглянув на его электрическую активность. Этот вычислительный подход, возможно, даже сможет предсказать подтипы метастазов в головной мозг на ранней стадии. Это совершенно новаторская работа, открывающая неизведанный путь».

Оба автора подчеркивают междисциплинарный характер этого комплексного исследования, объединяющего нейробиологию, онкологию и компьютерный анализ, каждое из которых использует широкий спектр различных методов.

Когнитивное исследование пациентов и разработка неинвазивных методик

Изменение фокуса, вызванное этим результатом, означает, что теперь исследователи хотят более систематически анализировать когнитивный статус пациентов с метастазами в головной мозг.

Для Валиенте это один из самых важных следующих шагов. Ключом к этому станет Национальная сеть по метастазам в головной мозг (RENACER), инициированная и координируемая CNIO, которая уже помогла создать крупнейшую в мире коллекцию живых образцов метастазов в головной мозг (с предварительного согласия пациентов образцы тканей, собранные во время хирургических вмешательств доступны международному научному сообществу в Биобанке CNIO), в которой теперь будут представлены протоколы нейрокогнитивной оценки участвующих пациентов.

Со своей стороны, Лисет Менендес де ла Прида будет работать над интеграцией регистрации активности мозга с анализом задействованных молекул, «чтобы разработать новые диагностические зонды для опухолей головного мозга».

Другая цель — найти лекарственные средства, которые защищают мозг от вызванных раком нарушений в нейрональных цепях, используя стратегии, описанные выше.

«Мы будем искать молекулы, участвующие в изменениях в нейрональной коммуникации, вызванных метастазами, и оценивать их как возможные терапевтические мишени», — заключает Валиенте.