Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

RASER rozpoznaje i zabija komórki nowotworowe, oszczędzając zdrowe

Recommended Posts

Na Uniwersytecie Stanforda powstały syntetyczne proteiny, które rozpoznają komórki nowotworowe i uruchamiają w nich mechanizm apoptozy (zaprogramowanej śmierci komórkowej), oszczędzając przy tym zdrowe komórki.

Nowa technika nazwana przez jej twórców RASER (rewiring of aberrant signaling to effector release) wykorzystuje dwie proteiny. Pierwsza z nich jest aktywowana w obecności sygnału permanentnego wzrostu komórkowego, który jest obecny w wielu rodzajach nowotworów, a druga z protein jest nośnikiem zaprogramowanej przez naukowców reakcji, którą może być np. zapoczątkowywanie apoptozy komórki nowotworowej.

Co prawda eksperymenty z techniką RASER były prowadzone w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym, jednak naukowcy uważają, że może to doprowadzić do pojawienia się nowego typu celowanej terapii antynowotworowej, podczas której odpowiednio spreparowane proteiny będą precyzyjnie niszczyły komórki nowotworowe, co pozwoli uniknąć efektów ubocznych pojawiających się w innych metodach leczenia.

Udało się nam przeprogramować komórkę nowotworową, by zachowywała się tak, jak sobie życzymy, mówi profesor neurobiologii i bioinżynierii Michael Lin. Zawsze poszukiwaliśmy sposobu, by zabić komórki nowotworowe, ale oszczędzić zdrowe komórki. Komórki nowotworowe pojawiają się jako skutek nieodpowiednich sygnałów, przez które się rozrastają w sposób niekontrolowany, zatem włamaliśmy się do komórek nowotworowych, by wykorzystać ten sygnał w pożytecznym celu.

Wiele nowotworów polega na sygnałach pochodzących z receptorów obecnych na ich powierzchni. Te ścieżki sygnałowe są używane przez zdrowe komórki do wzrostu w odpowiedzi na czynniki zewnętrzne, np. na zranienie. Jednak w komórkach nowotworowych proteiny receptorów są często zmutowane lub dochodzi do ich nadmiernej ekspresji, przez co receptor „ciągle włączony” i bez przerwy wysyła do komórki sygnał prowadzący do jej wzrostu.

Badacze ze Stanforda skupili się na dwóch receptorach z rodziny ErbB – EGFR i HER2. Często napędzają one nowotwory mózgu, piersi i płuc. Wiele leków działa poprzez blokowanie kaskady sygnałowej rozpoczynanej przez receptory. Jednak leki nie nie odróżniają komórek nowotworowych od komórek zdrowych i również w nich blokują szlaki sygnałowe.

Nie mamy leku, który potrafiłby odróżnić prawidłowo działający szlak sygnałowy od nadmiernie aktywnego. Wiedzieliśmy, że potrzebujemy odpowiedniej strategii, ale do niedawna nią nie dysponowaliśmy, mówi Lin.

Naukowcy najpierw zaprojektowali sztuczną proteinę złożoną z dwóch naturalnych protein. Jedna z nich łączy się z aktywnym receptorem ErbB, a druga wycina odpowiednią sekwencję aminokwasów. Następnie stworzyli drugą proteinę, która łączy się z wewnętrzną stroną błony komórkowej i niesie ze sobą odpowiedni „ładunek”, który w docelowej komórce wywołuje zaprogramowaną reakcję. Gdy pierwsza z protein połączy się z aktywnym receptorem ErbB, wycina z drugiej proteiny sekwencję „ładunku”, ten trafia do wnętrza komórki i rozpoczyna się zaprojektowany przez naukowców proces.

Gdy receptor jest ciągle aktywny, a tak się dzieje w komórkach nowotworowych, uwolniony ładunek akumuluje się z czasem w komórce. W końcu jest go tak dużo, że rozpoczyna się pożądany proces. W ten sposób jest on uruchamiany wyłącznie w komórkach nowotworowych, wyjaśniają uczeni.

Po licznych próbach i dostrajaniu nowej techniki, naukowcy byli w stanie precyzyjnie atakować konkretne komórki nowotworowe zależne od aktywności receptora ErbB. Rozpoczęto więc testy z proteiną uruchamiającą apoptozę.

Uczeni porównali skuteczność techniki RASER z dwoma powszechnie stosowanymi technikami walki z dającymi przerzuty rakiem piersi – chemioterapią oraz leczeniem środkami blokującymi receptory ErbB. Badania prowadzono na różnych laboratoryjnych kulturach. Część stanowiły kultury komórek raka piersi i płuc, w których szlak sygnałowy ErbB był nadaktywny, część kultury komórek raka piersi z normalną aktywnością ErbB, a część prawidłowe komórki piersi i płuc.

Badania wykazały, że chemioterapia z użyciem karboplatyny i paklitakselu zabijała wszystkie komórki bez wyjątku. Terapia inhibitorem ErbB dawała niejednoznaczne wyniki i nie były one wiarygodnie skorelowane z poziomem aktywności receptora ErbB. Tylko technika RASER zabiła te komórki, które wykazywały nadmierną aktywność ErbB, a oszczędziła te o normalnej aktywności receptora.

Uczonych czeka jeszcze sporo pracy zanim sprawdzą, czy RASER działa na komórkach ludzkiego guza. Wśród wyzwań przed jakimi stoją będzie znalezienie sposobu na dostarczenie sztucznych protein do guza czy zrozumienie, jak na ich obecność w organizmie zareaguje układ odpornościowy.

Jednak profesor Lin jest optymistą. Mamy sporą wiedzę na temat genomu nowotworu, szlaków sygnałowych i interakcji komórek nowotworowych z układem odpornościowym. W końcu powinniśmy połączyć tę wiedzę, by opracować sposób na poradzenie sobie z jednymi z najpoważniejszych problemów zdrowotnych, przed jakimi stają ludzie. RASER to technika zarówno indywidualna jak i ogólna, po raz pierwszy możemy zaatakować chore komórki oszczędzając te zdrowe.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Gladstone Institutes we współpracy z badaczami z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco (UCSF) i Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM) stworzyli mapę genetyczną, dzięki której są w stanie odróżnić regulatorowe limfocyty T od pozostałych limfocytów T. Odkrycie to pozwoli na stworzenie terapii, które pozwolą na wzmacnianie lub osłabianie działania regulatorowych limfocytów T.
      Odkrycie sieci powiązań genetycznych, które kontrolują biologię regulatorowych limfocytów T to pierwszy krok w kierunku znalezienia leków zmieniających funkcję tych komórek, co pomoże w terapii nowotworów i chorób autoimmunologicznych, mówi doktor Alex Marson, dyrektor Gladstone-UCSF Institute of Genomic Immunology. Ludzkie regulatorowe limfocyty T (Treg) są niezbędnym składnikiem homeostazy immunologicznej. [...] zidentyfikkowaliśmy czynniki transkrypcyjne, które regulują krytyczne proteiny Treg zarówno w warunkach bazowych, jak i prozapalnych, stwierdzają naukowcy.
      Dotychczasowe badania na myszach wskazują, że zwiększenie liczby regulatorowych limfocytów, T, a tym samym wytłumienie układu odpornościowego, pomaga zwalczać objawy chorób autoimmunologicznych. Z drugiej zaś strony, zablokowanie Treg, a tym samym zwiększenie aktywności układu odpornościowego, może pomagać w skuteczniejszej walce z nowotworami.
      Obecnie testowane są na ludziach terapie polegające na zwiększeniu liczby Treg. Polegają one na pobieraniu od pacjentów tych komórek, namnażaniu ich i ponownych wstrzykiwaniu. Dotychczas jednak w takich terapiach nie zmienia się samego działania komórek.
      Większość naszej wiedzy o Treg pochodzi z modeli mysich. Chcieliśmy zidentyfikować geny związane z działaniem Treg, by lepiej zrozumieć, jak wszystko jest ze sobą połączone i móc manipulować działaniem tych komórek. Gdy już rozumiemy funkcje każdego z genów możemy precyzyjnie edytować komórki i zwalczać choroby, wyjaśnia profesor Kathrin Schumann z Monachium.
      Podczas swoich najnowszych badań naukowcy selektywnie usuwali jeden z 40 czynników transkrypcyjnych, by zmienić działanie Treg. Wybrali te właśnie czynniki, gdyż wcześniejsze badania wskazywały, że mogą one odgrywać specyficzne funkcje w działaniu Treg w odróżnieniu od innych limfocytów T. Następnie skupili się na 10 czynnikach, które wywierały największy wpływ na funkcjonowanie regulatorowych limfocytów T. Za każdym razem przyglądali się tysiącom genów, by sprawdzić, jak zmieniło się ich działanie w wyniku manipulacji czynnikiem transkrypcyjnym. W ten sposób przebadali aż 54 424 indywidualne komórki Treg.
      Dzięki tak szczegółowej analizie byli w stanie stworzyć rozległą mapę powiązań genetycznych i czynników transkrypcyjnych, które wpływały na pracę Treg. Jednym z najbardziej zaskakujących odkryć było spostrzeżenie, że słabo poznany czynnik HIVEP2 bardzo silnie oddziałuje na funkcjonowanie Treg. Po przeprowadzeniu badań na myszach naukowcy zauważyli, że usunięcie genu HIVEP2 obniżyło zdolność Treg do zwalczania stanu zapalnego. To ważne odkrycie. Wcześniej tak naprawdę nigdy nie rozważano roli HIVEP2 w biologii Treg, mówi Sid Raju z MIT i Harvarda.
      Naukowcy mówią, że ich badania pokazują też, jak potężnymi narzędziami badawczymi obecnie dysponujemy. Teoretycznie możemy wziąć dowolną komórkę ludzkie organizmu, wybiórczo usuwać z niej pojedyncze geny i badać wpływ takich działań na funkcjonowanie tej komórki. To naprawdę otwiera drogę do traktowania ludzkich komórek jako eksperymentalnego systemu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Bez cienia wątpliwości wykazaliśmy, że w żywych komórkach powstają poczwórne helisy DNA. To każe nam przemyśleć biologię DNA, mówi Marco Di Antonio z Imperial College London (CL). Naukowcy po raz pierwszy w historii znaleźli poczwórne helisy DNA w zdrowych komórkach ludzkiego organizmu. Dotychczas takie struktury znajdowano jedynie w niektórych komórkach nowotworowych. Udawało się je też uzyskać podczas eksperymentów w laboratorium.
      Teraz okazuje się, że poczwórna helisa DNA może występować też w żywych, zdrowych komórkach ludzkiego ciała. Dotychczas struktury takiej, zwanej G-kwadrupleks (G4-DNA), nie zauważono w żywych komórkach, gdyż technika ich wykrywania wymagała zabicia badanej komórki. Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge, ICL oraz Uniwersytetu w Leeds opracowali nowy znacznik fluorescencyjny, który przyczepia się go G4-DNA w żywych komórkach. To zaś pozwala na śledzenie formowania się tej struktury i badania roli, jaką odgrywa ona w komórce.
      Odkrycie poczwórnej helisy w komórkach, możliwość prześledzenia jej roli i ewolucji otwiera nowe pole badań nad postawami biologii i może przydać się w opracowaniu metod leczenia wielu chorób, w tym nowotworów.
      Teraz możemy obserwować G4 w czasie rzeczywistym w komórkach, możemy badać jej rolę biologiczną. Wiemy, że struktura ta wydaje się bardziej rozpowszechniona w komórkach nowotworowych. Możemy więc sprawdzić, jaką odgrywa ona rolę, spróbować ją zablokować, co potencjalnie może doprowadzić do pojawienia się nowych terapii, stwierdzają autorzy najnowszych badań.
      Naukowcy sądzą, że do formowania się kwadrupleksu dochodzi po to, by czasowo otworzyć helisę, co ułatwia różne procesy, jak np. transkrypcja.
      Wydaje się, że G4 jest częściej powiązana z genami biorącymi udział w pojawianiu się nowotworów. Jeśli struktura ta ma związek z chorobami nowotworowymi, to być może uda się opracować leki blokujące jej formowanie się.
      Już wcześniej ten sam zespół naukowcy wykorzystywał przeciwciała i molekuły, które były w stanie odnaleźć i przyczepić się do G4. Problem jednak w tym, że środki te musiały być używane w bardzo wysokich stężeniach, co groziło zniszczeniem DNA. To zaś mogło prowadzić do formowania się G4, zatem technika, której celem było wykrywanie G4 mogła de facto powodować jego tworzenie się, zamiast znajdować to, co powstało w sposób naturalny.
      Czasem naukowcy potrzebują specjalnych próbników, by obserwować molekuły wewnątrz żywych komórek. Problem w tym, że próbniki te mogą wchodzić w interakcje z obserwowanym obiektem. Dzięki mikroskopii jednocząsteczkowej jesteśmy w stanie obserwować próbniki w 1000-krotnie mniejszym stężeniu niż wcześniej. W tym przypadku próbnik przyczepia się do G4 w ciągu milisekund, nie wpływa na jej stabilność, co pozwala na badanie zachowania G4 w naturalnym środowisku bez wpływu czynników zewnętrznych.
      Dotychczasowe badania wykazały, że G4 forumuje się i znika bardzo szybko. To sugeruje, że jest to tymczasowa struktura, potrzebna do wypełnienia konkretnych funkcji, a gdy istnieje zbyt długo może być szkodliwa dla komórek.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Obecnie wstępną diagnozę nowotworów mózgu wykonuje się na podstawie badań obrazowych, jednak diagnoza szczegółowa, określająca np. konkretny rodzaj nowotworu, wymaga wykonania biopsji. Możliwość nieinwazyjnego zdiagnozowania nowotworu, oznaczałaby olbrzymi postęp w walce z nowotworami mózgu.
      Grupa naukowców Farshad Nassiri, Ankur Chakravarthy i ich koledzy z University of Toronto, we współpracy z amerykańskimi kolegami, informują na łamach Nature Medicine o opracowaniu wysoce czułego testu z krwi, który pozwala dokładnie diagnozować i klasyfikować różne typy guzów mózgu. Test opiera się na najnowszych odkryciach naukowych, dzięki którym wiemy, że profile metylacji DNA w plazmie są wysoce specyficzne dla różnych guzów i pozwalają na odróżnienie od siebie guzów pochodzących od tych samych linii komórkowych.
      Gdybyśmy dysponowali lepszą i bardziej wiarygodną metodą diagnozowania i klasyfikowania podtypów guzów, moglibyśmy zmienić sposób opieki nad pacjentem, mówi doktor Gelareh Zadeh, szefowa chirurgii onkologicznej w Cancer Care Ontario. To zaś miałoby olbrzymi wpływ na planowanie i przebieg leczenia.
      Jeden z autorów, doktor Danel De Carvalho, specjalizuje się w badaniu wzorców metylacji DNA. Kierowane przez niego laboratorium już wcześniej opracowało metodę badania wzorców metylacji za pomocą płynnej biopsji. Teraz, na potrzeby najnowszych badań, naukowcy porównali dane ze szczegółowych analiz tkanek nowotworów mózgu 221 pacjentów, z badaniem swobodnie krążącego DNA nowotworowego (ctDNA) obecnego w osoczu tych osób. Dzięki temu byli w stanie połączyć konkretne podtypy guzów mózgu z ctDNA krążącym we krwi. Następnie na tej podstawie opracowali algorytm, który klasyfikuje nowotwory mózgu wyłącznie na podstawie ctDNA.
      Jak zauważa doktor Zadeh, wcześniej nie było możliwe diagnozowanie nowotworów mózgu na podstawie badań krwi ze względu na istnienie bariery mózg-krew. Jednak nasz test jak tak czuły,że wykrywa we krwi nawet minimalne sygnały świadczące o istnieniu nowotworu. Mamy teraz nową nieinwazyjną metodę, która pozwala na wykrywanie i klasyfikowanie guzów mózgu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Siedzący tryb życia jest niezależnym wskaźnikiem zgonu z powodu nowotworu. Do takich wniosków doszli badacze z The University of Texas MD Anderson Cancer Center, którzy postanowili sprawdzić, czy istnieje związek pomiędzy siedzącym trybem życia a ryzykiem śmierci z powodu nowotworu. Odkryli, że najmniej aktywne osoby były narażone na o 82% większe ryzyko zgonu z powodu nowotworu, niż osoby najbardziej aktywne.
      To pierwsze badania, które jednoznacznie wykazują silny związek pomiędzy brakiem aktywności fizycznej a zgonem z powodu nowotworu. Nasze badania pokazały, że to, na ile dana osoba była aktywna przed zdiagnozowaniem u niej nowotworu, pozwala przewidzieć ryzyko zgonu, mówi profesor Susan Gilchrist, główna autorka badań.
      Naukowcy stwierdzili, że wystarczy zastąpić 30 minut siedzenia takim samym okresem aktywności fizycznej, by zmniejszyć ryzyko zgonu z powodu nowotworu. Jednak aktywność aktywności nierówna. Jeśli zamiast siedzieć przez pół godziny będziemy przez pół godziny oddawać się umiarkowanej aktywności fizycznej, takiej jak jazda na rowerze, to ryzyko zgonu spadnie o 31%. Jeśli zaś będzie to lekka aktywność fizyczna, jak spacer, to możemy spodziewać się 8% spadku ryzyka zgonu.
      Moje rozmowy z pacjentami zawsze zaczynają się od tego, dlaczego nie mają czasu na prowadzenie bardziej aktywnego trybu życia, mówi Gilchrist, która prowadzi na swojej uczelni Health Heart Program. Mówię im, by co mieć minut wstali i się przeszli, albo żeby zrezygnowali z windy i wchodzili po schodach. To może nie wyglądać na poważny wysiłek fizyczny, ale nasze badania pokazują, że nawet niewielka aktywność wydłuża życia po diagnozie.
      Naukowcy z Teksasu prowadzili długoterminowe badania REGARDS. Brało w nich udział ponad 30 000 osób w wieku powyżej 45. roku życia. Badania prowadzone były w latach 2003–2007, a ich celem było sprawdzenie długoterminowego wpływu trybu życia na zdrowie. Wśród badanych było 8002 osoby, które wyposażono w akcelerometry. Do tego eksperymentu wybrano osoby, które w momencie rozpoczęcia badań nie miały zdiagnozowanych nowotworów. Akcelerometry były noszone przez 7 kolejnych dni. Dane z nich gromadzono w latach 2009–2013. Później średnio przez 5 lat śledzono losy badanych osób. W tym czasie na nowotwory zmarło 268 badanych. Analiza danych z akcelerometrów wykazała, że dłuższe siedzenie było – niezależnie od wszystkich innych czynników – powiązane z większym ryzykiem zgonu z powodu nowotworu. Ważną rolę odgrywała też intensywność wysiłku fizycznego.
      Mimo kilku słabości, takich jak np. brak informacji, na jaki typ nowotworu zmarł dany pacjent, czy w jaki sposób był leczony, badania pokazały, jak ważne jest zalecenie, by mniej siedzieć, a więcej się ruszać. Naszym kolejnym celem będzie zbadanie, jak siedzący tryb życie wpływa na rozwój konkretnych typów nowotworów oraz czy jakąś rolę odgrywają tutaj płeć i rasa, mówi profesor Gilchrist.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      To prawdziwy przełom. Nie ma już więcej rekordów do pobicia. Padła ostatnia bariera rozdzielczości, mówi Holger Stark z Instytutu Fizyki Biochemicznej im. Maxa Plancka w Göttingen. Stał on na czele jednej z dwóch grup badawczych, które poinformowały o pierwszym w historii zobrazowaniu poszczególnych atomów w proteinie za pomocą mikroskopii krioelektronowej (cryo-EM).
      Osiągnięcie to pokazuje, jak wielkie możliwością stoją przed mikroskopią krioelektronową i umacniają jej pozycję jako narzędzia do mapowania trójwymiarowych kształtów protein. Takie narzędzia pozwalają na dokładne zbadanie struktur białek, a co za tym idzie, lepsze zrozumienie ich funkcjonowania, co z kolei przełoży się na stworzenie lepszych leków o mniejszej liczbie skutków ubocznych.
      Drugą grupą badawczą, które udało się zobrazować atomy w proteinach jest zespół pracujący pod kierunkiem Sjorsa Scheresa i Radu Aricescu z Medical Reasearch Council Laboratory of Molecular Biology (MRC-LMB) w Cambridge w Wielkiej Brytanii.
      Prace Niemców i Brytyjczyków chwali John Rubinstein, biolog z University of Toronto. Rozdzielczość atomowa to prawdziwy przełom, mówi i dodaje, że pozostało jeszcze kilka problemów do rozwiązania, jak np. obrazowanie protein o małej elastyczności. Prace te pokazują, dokąd możemy dojść, jeśli rozwiążemy te problemy, stwierdza.
      Mikroskopia krioelektronowa do licząca sobie dziesiątki lat technika, w której obrazuje się kształt zamrożonych próbek ostrzeliwując je elektronami i rejestrując ich odbicia. Około roku 2013 rozpoczęła się prawdziwa rewolucja. Dzięki coraz doskonalszym technikom wykrywania odbitych elektronów oraz coraz lepszemu oprogramowaniu do analizy, zaczęto uzyskiwać coraz lepszej jakości obraz.
      Z czasem obraz uzyskany z cryo-EM niemal dorównywał jakości obrazowi uzyskiwanemu z rentgenografii strukturalnej. Niemal, więc naukowcy nadal musieli polegać na rentgenografii. Technika ta pozwala na badanie skrystalizowanych protein. Wykonanie analizy wymaga najpierw uzyskania możliwie jak najbardziej regularnego i doskonałego monokryształu badanego związku. Uzyskanie takich kryształów jest czasochłonne. Może trwać wiele miesięcy, a nawet lat. Ponadto wiele protein interesujących z punktu widzenia medycyny nie tworzy kryształów, które można by w ten sposób badać. Croy-EM ma tę zaletę, że wymaga jedynie umieszczenia proteiny w oczyszczonym roztworze.
      Granicą, poza którą można mówić o rozdzielczości atomowej jest około 1,2 angstrema (1,2x10-10 metra). Oba zespoły naukowe, niemiecki i brytyjski, pracowały z apoferrytyną. To niezwykle stabilna proteina, za pomocą której testuje się cryo-EM. Poprzedni rekord obrazowania tej proteiny wynosił 1,54 angstrema.
      Oba zespoły wykorzystały nieco inne techniki, osiągając podobne rezultaty. Niemcy uzyskali rozdzielczość 1,25 A, Brytyjczycy zaś 1,2 A. Stark ocenia, że połączenie obu technik może pozwolić na zwiększenie rozdzielczości do około 1 angstrema, ale to praktycznie nieprzekraczalna granica dla mikroskopii krioelektronowej. Obszar poniżej 1 angstroma jest niemal nieosiągalny dla cro-EM. Uzyskanie takiej rozdzielczości za pomocą najnowocześniejszych dostępnych obecnie urządzeń wymagałoby setek lat rejestracji danych, niewyobrażalnie wielkich mocy obliczeniowych i możliwości przechowywania danych, mówi Stark.
      Scheres i Aricescu przetestowali też swoją technikę na receptorze GABAA. Jeszcze w ubiegłym roku udało im się obrazować ją w rozdzielczości 2,5 angstrema. Tym razem osiągnęli 1,7 A, chociaż w niektórych fragmentach obraz był jeszcze dokładniejszy. To było jak usunięcie przesłony z oczu. Przy tych rozdzielczościach każde pół angstroma otwiera zupełnie nowy wszechświat.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...