- Każdy nowotwór może mieć własny profil zmian, nazywany przez badaczy "odciskiem palca". Czy to pomoże rozpoznawać guzy dokładniej niż histopatologia?
- Klasyfikator opracowany przez naukowców z PUM rozróżnia niemal 50 typów nowotworów. Czy to przyspieszy diagnozę i dobór leczenia?
- Więcej artykułów o tematyce zdrowotnej znajdziesz tutaj.
Nowotwór przez lata rozpoznawano głównie pod mikroskopem. Patomorfolog oceniał wygląd komórek, ich układ i cechy złośliwości. Później do diagnostyki weszła genetyka, czyli szukanie mutacji, które mogą napędzać raka albo podpowiadać wybór leczenia. Dziś coraz większe znaczenie ma kolejna warstwa: nie tylko to, co zapisano w DNA, ale też to, jak komórka ten zapis czyta. Które geny włącza, które wycisza i gdzie zaczyna się choroba. Tym zajmuje się epigenetyka.
Naukowcy z Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego (PUM) w Szczecinie opracowali klasyfikator nowotworów oparty na takich zmianach. System wykorzystujący uczenie maszynowe potrafi rozróżnić niemal 50 typów guzów różnych narządów. Badanie opublikowane w "Genome Medicine" objęło dane prawie 17 tysięcy pacjentów.
Nie tylko DNA, ale jego odczyt
Metylacja DNA to jeden ze sposobów regulowania pracy genów. Nie zmienia samego DNA, ale decyduje, które geny są aktywne, a które wyciszone. - Genetyka określa, jak gen jest zapisany; epigenetyka, jak gen działa - wyjaśnia prof. dr hab. Tomasz Wojdacz, kierownik Samodzielnej Pracowni Epigenetyki Klinicznej PUM i główny autor badania.
Prościej mówiąc: DNA jest jak wspólna instrukcja obsługi organizmu, ale każda komórka korzysta z innych jej rozdziałów. Komórka skóry, wątroby czy serca ma ten sam zestaw genów, a jednak pełni inną funkcję. O tym, które fragmenty zapisu zostają uruchomione, decydują mechanizmy epigenetyczne.
Przez lata naukowcy próbowali tłumaczyć starzenie się i wiele chorób, zwłaszcza nowotworowych, głównie mutacjami. Gdy jednak zaczęto sekwencjonować DNA wielu guzów, okazało się, że same mutacje nie wyjaśniają wszystkiego. - Skoro DNA się nie zmienia, to w komórkach musi dziać się coś innego. Tak zaczęła się epigenetyka - mówi prof. Wojdacz w rozmowie z TVN24+.
Rak zostawia własny ślad
W zdrowych komórkach mechanizmy epigenetyczne pilnują, które geny mają działać, a które pozostać wyciszone. W nowotworze ten porządek się rozpada: mogą zostać uruchomione geny, które powinny milczeć, i wyłączone te, które chronią przed niekontrolowanym wzrostem. Dlatego zmiany metylacji DNA są tak ważne w diagnostyce. Każdy nowotwór ma swój charakterystyczny profil, nazywany przez badaczy "odciskiem palca". - Okazało się, że te zmiany są tak specyficzne dla nowotworów, że można je bardzo precyzyjnie wykorzystać do ich klasyfikacji - podkreśla prof. Wojdacz.
Żeby taki profil stworzyć, badacze analizują nawet milion miejsc w genomie, a potem wybierają około 1,5 tys. najbardziej charakterystycznych zmian. To na nich uczy się model komputerowy rozpoznający poszczególne typy guzów. Kierunek ten wchodzi już do praktyki - szczególnie w diagnostyce guzów ośrodkowego układu nerwowego. Klasyfikacje WHO coraz szerzej uwzględniają tam markery molekularne, w tym wzorce metylacji DNA, które w niektórych przypadkach pozwalają odróżnić typy nowotworów dokładniej niż sama ocena pod mikroskopem.
Komputer uczy się rozpoznawać guzy
Nowy klasyfikator PUM przetestowano na danych prawie 17 tysięcy pacjentów. System objął guzy wielu lokalizacji, między innymi mózgu, trzustki i płuc, a nie jedną grupę nowotworów. To ważne, bo wcześniejsze modele oparte na profilach metylacji często dobrze wypadały w badaniach, ale gorzej radziły sobie z prawdziwymi próbkami klinicznymi. Zespół ze Szczecina stworzył więc model bardziej odporny na takie ograniczenia: trenowany na dużym zbiorze danych i sprawdzany na niezależnych próbkach.
Testy potwierdziły wysoką skuteczność systemu dla niemal 50 typów nowotworów. Klasyfikator dobrze działał także na rzeczywistych próbkach klinicznych. Słabiej wypadał tylko przy niektórych bardzo rzadkich typach raka, gdzie danych do uczenia było mniej. - Jeśli mamy mało próbek, model będzie się mylił częściej. Ale problemem nie jest sama metoda, tylko dostęp do danych treningowych - podkreśla prof. Wojdacz.
Diagnoza w jeden dzień?
Na razie nowe rozwiązanie ma charakter naukowy i nie jest jeszcze certyfikowanym testem dla pacjentów. Pokazuje jednak, że podobne metody mogą w przyszłości przyspieszyć i doprecyzować rozpoznawanie nowotworów. - Będą zdecydowanie szybsze, ponieważ klasyczna histopatologia wymaga oceny preparatów przez lekarza patomorfologa, natomiast analiza metylacji w dużym stopniu przebiega automatycznie. Od momentu pobrania próbki możemy mieć diagnozę w ciągu jednego dnia - mówi prof. Wojdacz.
Nie chodzi o zastąpienie lekarza algorytmem. Bardziej prawdopodobne jest to, że histopatologia, diagnostyka genetyczna, analiza metylacji DNA i dane kliniczne pacjenta będą się uzupełniać. Im dokładniej uda się określić biologiczny typ guza, tym większa szansa na dobranie leczenia. To ważne, bo sama nazwa nowotworu coraz częściej nie wystarcza. Dwa guzy podobne pod mikroskopem mogą mieć inną biologię i inaczej odpowiadać na leczenie. Z kolei nowotwory rozwijające się w różnych narządach mogą czasem mieć podobne mechanizmy molekularne.
Rak wykryty z krwi?
Epigenetyka może pomóc nie tylko w klasyfikacji nowotworów, ale też w ich wcześniejszym wykrywaniu. Prof. Wojdacz pracuje nad testami, które miałyby rozpoznawać raka ze zwykłej próbki krwi. To tak zwane płynne biopsje. - Jeżeli takie testy będą miały wysoką czułość i pozwolą nam wykrywać raka we wczesnym stadium, to będzie rewolucja w onkologii - mówi w rozmowie z TVN24+.
Dla pacjenta różnica może być ogromna. Wcześnie wykryty nowotwór często można usunąć chirurgicznie albo leczyć mniej obciążająco. Choroba rozpoznana późno, zwłaszcza z przerzutami, zwykle wymaga trudniejszego i bardziej toksycznego leczenia.
Kilka testów opartych na płynnej biopsji jest już w zaawansowanych badaniach klinicznych. W niektórych krajach, między innymi w USA, są dostępne komercyjnie. W Unii Europejskiej przed rutynowym stosowaniem muszą jednak przejść badania potwierdzające, że nie dają zbyt wielu wyników fałszywie dodatnich ani fałszywie ujemnych. To kluczowe, bo błędny wynik może zaszkodzić: niepotrzebnie przestraszyć pacjenta albo opóźnić właściwą diagnozę.
Nie cudowna pigułka, a nowe narzędzie
Epigenetyka działa na wyobraźnię, bo część zmian epigenetycznych, inaczej niż mutacje genetyczne, może być odwracalna. Dlatego pojawia się w rozmowach o długowieczności, chorobach cywilizacyjnych i wpływie stylu życia na organizm.
Prof. Wojdacz podkreśla jednak, że przy takich obietnicach potrzebna jest ostrożność. Dym tytoniowy, dieta czy styl życia mogą zaburzać mechanizmy epigenetyczne, a zmiana nawyków może część tych zaburzeń cofać. To nie znaczy jednak, że nauka potwierdziła skuteczność gotowych "epigenetycznych" kuracji. - Oczywiście, na rynku są już różne "epigenetyczne" diety, suplementy i kremy, ale to na razie jest podejmowana przez świat biznesu próba sprzedania ludziom czegoś, co nie ma naukowego uzasadnienia - przestrzega ekspert.
Nowy klasyfikator PUM także nie jest jeszcze testem dostępnym dla pacjentów. Jest jednak krokiem w stronę diagnostyki, która coraz mniej opiera się na jednym parametrze, a coraz bardziej na całościowym profilu choroby. W onkologii może to oznaczać szybsze rozpoznanie, dokładniejsze określenie typu guza, lepszy dobór leczenia i mniejsze ryzyko terapii prowadzonej "na wszelki wypadek". W przyszłości podobne technologie mogą też pomóc wykrywać nowotwory z krwi, zanim choroba da objawy. - Jestem pewien, że epigenetyka przyniesie przełom nie tylko w onkologii, ale i innych gałęziach medycyny - mówi prof. Wojdacz.