Избират химиотерапия въз основа на туморната микросреда

Акценти

Научна група от Първи московски държавен медицински университета „ И. М. Сеченов“, Русия, подбира методи за оценка на метаболизма на раковите клетки и вътреклетъчното pH след прилагането на химиотерапевтични медикаменти. Новият подход позволява много по-ефективен избор на лечение като бъдат използвани проби от клетките на пациента и се вземе предвид туморната микросреда, която е важен фактор, проучен твърде слабо.

Проучването

Индивидуалният подбор на режими на химиотерапия върху изолирани клетки от болния е изключително важен начин на действие в медицината, който се развива с бързи темпове в последните години. Екипът от Сеченовския университет разработва нови методи за обработка на данни за избор на химиотерапия върху изолирани от болния клетки.

Когато става дума за индивидуалния подбор, ключов остава въпросът за това как туморната микросреда влияе върху ефективността на прилаганите при химиотерапия медикаменти. Според Елена Никонова, младши научен сътрудник в Лабораторията по клинична биофотоника в Университета „Сеченов“ и част от екипа на проекта, за да бъде анализират прецизно ефектът, учените трябва да разполагат с данни за параметрите на затихване на флуоресценцията на клетъчно ниво.

„Точно за тази цел ние разработихме методи за обработка на данните FLIM, в основата на които са алгоритми за сегментиране на изображения с помощта на невронната мрежа Unet”, обяснява Елена Никонова.

Методът FLIM (fluorescence lifetime imaging) оценява продължителността на луминесценцията в периода, когато химичните съединения, които участват в процеса на клетъчния метаболизъм, биват възбуждани чрез лазер. Продължителността на флуоресценцията зависи от микросредата, от веществата в клетката и от други фактори, а методът позволява да бъде оценено влиянието им върху процесите, протичащи в клетките.

По време на изследването учените сравняват метаболитните промени, които настъпват по време на химиотерапията в раковите клетки в тяхната чиста форма и в колагенова среда.

За въздействието върху клетките учените използват признатата за златен стандарт схема за химиотерапия на рака на дебелото черво, при която се използва фолиева киселина, оксалиплатин и 5-флуороурацил. Извънклетъчният матрикс моделират с помощта на колагенов хидрогел.

>>>Сензори следят ефективността на химиотерапията при рак на дебелото черво

За да може екипът да наблюдава извънклетъчното pH, колегите им от Санктпетербургския държавен университет разработват специална сензорна молекула.

Авторите поясняват, че обичайната схема за анализиране на данни FLIM не притежава нужната чувствителност. Затова те разработват специална схема за анализ, в основата на която са технологии за машинно обучение на клетъчно ниво.

В основата е процедура за сегментиране на FLIM изображения на ракови клетки в колагенова матрица, които имитират туморна среда с помощта на невронната мрежа Unet. Количественият ефект от въздействието на химиотерапията се определя според съотношението на клетките с променен метаболизъм.

Когато наблюдават какъв е отговорът на клетките в колагеновия гел и без него, учените изследват въздействието на колагеновото извънклетъчно скеле върху ефективността на химиотерапията.

Резултатите

Анализът на резултатите от FLIM показва, че лекарствата, които биват използвани за химиотерапия, променят вътреклетъчната среда. Правят я по-алкална и по този начин намаляват възможностите на клетките да оцеляват и способността им да нахлуват.

Наличието на колаген обаче забавя този процес и предпазва раковите клетки от смърт, пишат авторите в статия, публикувана в списанието International Journal of Molecular Sciences.

Елена Никонова пояснява, че методите на обработка на данните от FLIM, които те използват, им позволяват да открият, че ефективността на химиотерапевтичната комбинация от лекарства FOLFOX намалява в присъствието на неструктуриран колаген в микросредата.

„Доказахме още, че наличието на колаген води до метаболитни промени по отношение на гликолизата, а това подобрява оцеляването на раковите клетки. Затова освен ефективността на лекарството има смисъл и трябва да бъде оценявана и способността му да прониква в клетките чрез микросредата“, обобщава Елена Никонова.

>>>Комбиниран препарат се справя ефективно с рак на пикочния мехур

Данните, получени от проучването, ще помогнат да бъдат избрани най-ефективните комбинации от лекарства за химиотерапия, убедени са изследователите. И поясняват, че сега в клиничната практика протоколите за лечение обикновено включват употреба на няколко противотуморни медикамента едновременно като в същото време се поддържа максималната концентрация на лекарства в туморите.

Ако бъдат използвани лекарства, които проникват най-добре в колагена или към схемата за лечение се добавят средства, които улесняват навлизането на препарата в клетката, то става напълно възможно едновременно да се поддържа висока концентрация на лекарството в туморите, но без да се вреди на тялото, смятат авторите на проучването.

>>>Прогнозират нарастване на случаите на рак на дебелото черво през 2024-а сред младите в ЕС и Обединеното кралство

В изследването се включват още учени от Приволжския изследователски медицински университет и Държавния университет „Лобачевски“ в Нижни Новгород, от Санктпетербургския държавен университет и от Московския държавен университет „Ломоносов“.