Российские учёные разработали новый подход к диагностике рака кишечника
Геномный центр. Фото: пресс-служба МФТИ
Учёные из Московского физико-технического института, Института молекулярной биологии РАН, Института биоорганической химии РАН и других научных организаций разработали новый подход к диагностике рака кишечника, сообщает пресс-служба МФТИ. Результаты исследования опубликованы в журнале Cancer Medicine.
Исследователи разработали биочип на основе гидрогеля, который позволяет диагностировать рак кишечника - колоректальный рак (КРР). Это онкологическое заболевание занимает третье место по частоте среди всех злокачественных новообразований, причём на первых стадиях болезнь протекает с минимальными симптомами. Пятилетняя выживаемость пациентов с КРР, несмотря на все усилия врачей, до сих пор не превышает 36% - добиться хорошего лечебного эффекта и выздоровления пациента можно только при своевременной диагностике.
Предложенный учёными из ИМБ РАН, МФТИ, РНЦХ, Первого МГМУ имени И.М. Сеченова, ИБХ РАН и городской клинической больницы имени В.М. Буянова метод основан на одновременном выявлении в крови пациентов сразу множества различных веществ. Это аутоантитела против онкоассоциированных гликанов (обнаруживаются в сыворотке крови на ранних стадиях рака), иммуноглобулины различных классов, а также онкомаркеры, молекулы, продуцируемые клетками опухоли.
Онкомаркеры - вещества, которые уже активно применяются для диагностики рака. Однако используемая сейчас для диагностики КРР комбинация (карциноэмбриональный антиген + карбогидратный антиген CA 19-9) обеспечивает не слишком высокую чувствительность, позволяя выявить лишь половину случаев заболевания. Для повышения чувствительности диагностики исследователи обратились к гликобиологии - активно развивающейся научной дисциплины о гликанах, биологических молекулах. В жизни организма они не только играют роль питательных веществ или «строительных материалов» для клеток, но и важны для налаживания контактов между клетками, правильного роста органов. В контексте исследования наличие у раковых клеток особых гликанов позволяет отличить их от здоровых клеток.
Выявить же онкоассоциированные гликаны помогают аутоантитела - молекулы, которые иммунная система производит для высокоточной борьбы с конкретным противником, и они тонко «настроены» на взаимодействие с заданной мишенью. К примеру, антитела против вируса гриппа взаимодействуют только с белком, входящим в состав вирусных частиц конкретного штамма, а аутоантитела против онкоассоциированных гликанов взаимодействуют строго с гликанами, которые есть только в раковых клетках КРР.
Антитела позволяют пометить мишень и привести в действие механизмы, которые обеспечивают её уничтожение. Причём мишенью могут быть и клетки самого организма: если они переродились в раковые или же оказались заражены вирусами.
Уникальная способность антител к избирательному выявлению иных молекул легла в основу множества методов лабораторной диагностики, а также активно используется в научных экспериментах.
Исследователи предложили искать аутоантитела к онкоассоциированным гликанам в сыворотке крови. Этот метод уже показал ранее свою перспективность при диагностике рака яичников (на эту тему в 2012 году опубликована работа швейцарских учёных), когда в качестве основного диагностического средства были выбраны биологические микрочипы.
Идею микрочипов в 1980-х годах предложил Андрей Мирзабеков, руководивший Институтом молекулярной биологии и кафедрой молекулярной биофизики МФТИ. сегодня эту идею называют технической основой биологии XXI века.
В большинстве случаев микрочип представляет собой плоскую пластинку с нанесёнными на неё образцами тех или иных биологических молекул, а в новой статье речь идёт о разработке в ИМБ РАН трёхмерных биочипов на основе гидрогеля. Это объёмные ячейки из особого геля, внутри которого находятся необходимые реагенты - молекулярные зонды.
Структура геля обеспечивает оптимальную среду для проведения анализа, причём исследователи успешно решили множество проблем, стоящих на пути к точной диагностике. Например, им удалось добиться равномерного распределения молекулярных зондов и обеспечить чувствительность, превосходящую обычные «плоские» системы.
Исследователи создали прототип тест-системы, позволяющий одновременно измерить концентрацию онкомаркеров белковой природы, аутоантител к гликанам, а также иммуноглобулинов G, A и M в крови человека. Учитывая то, что большинство белковых маркеров не являются специфичными по отношению к локализации и типу опухоли, учёные объединили их в группы - так называемые диагностические и прогностические сигнатуры (комбинации белковых онкомаркеров и антител к гликанам).
С использованием созданного прототипа тест-системы учёные проанализировали сыворотки крови 33 пациентов с КРР, 69 здоровых доноров, а также 27 пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Заболевания, подобные болезни Крона или дивертикулиту, могут в долговременной перспективе приводить к КРР, но при диагностике болезни их не надо путать.
Такой подход позволил превзойти современные методы - на основе диагностических сигнатур удалось верно предсказать диагноз КРР в 95% случаев, против 79%, определяемых традиционным методом.
Чувствительность выявления КРР у пациентов со II-IV стадией составила 87% против 21%. Специфичность же метода составила 97%.
«Разработанный в ИМБ РАН метод является чрезвычайно перспективным для помощи в диагностике заболеваний ЖКТ, и, будем надеяться, что в скором времени созданные на основе этого метода тест-системы появятся в клинических лабораториях нашей страны», - отметила, один из авторов разработанного подхода, доцент МФТИ, к.ф-м.н. Жанна Зубцова.
http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=118120#.V0SbKk-E4c0