Исследователи разработали высокочувствительный анализ крови, который может обнаружить ключевой белок, вырабатываемый раковыми клетками.

По словам исследователей, этот тест обещает помочь в раннем выявлении рака.

Большинство видов рака становятся смертельными, если они остаются незаметными и не вызывают никаких симптомов до тех пор, пока они не станут слишком запущенными для лечения. Рак яичников и желудочно-пищеводный рак являются одними из наиболее известных из-за этого хитрого прогрессирования заболевания, часто приводящего к поздней стадии диагностики.

В отличие от многих тестов на рак, которые ограничены в объеме, дороги или основаны на инвазивном отборе проб тканей, новый метод представляет собой недорогой детектор нескольких видов рака, который может обнаружить присутствие контрольного белка, известного как LINE-1-ORF1p. , в крошечном количестве крови менее чем за два часа.

«Этот анализ имеет новаторский потенциал в качестве раннего диагностического теста на смертельные виды рака», — говорит Майкл П. Раут, руководитель лаборатории клеточной и структурной биологии в Университете Рокфеллера. «Подобные сверхчувствительные инструменты обнаружения призваны улучшить результаты лечения пациентов».

Обнаружение биомаркеров рака

Обнаружение биомаркеров рака — молодая и развивающаяся область. Существует ряд таких биомаркеров, но они могут иметь недостатки. Некоторым требуется хирургическая биопсия. Другие нанимаются только после появления симптомов, что может быть слишком поздно для эффективного вмешательства. Большинство из них являются нормальными человеческими белками, которые варьируются от человека к человеку, что затрудняет интерпретацию одного значения. Многие из них нацелены на конкретный вид рака, что сужает их диапазон.

Но недавно, возможно, появился новый важный биомаркер для более раннего обнаружения. Этот белок, известный как LINE-1 ORF1p, попал в поле зрения исследователей около десяти лет назад. LINE-1 — это ретротранспозон, вирусоподобный элемент, присутствующий в каждой клетке человека, который реплицируется посредством механизма копирования и вставки, в результате чего появляется новая копия в новом положении генома. ORF1p — это белок, который он производит в больших количествах при раке.

«Транспозоны обычно экспрессируются в сперме и яйцеклетке, а также во время эмбриогенеза, поэтому есть некоторые обстоятельства, при которых наблюдается непатобиологическая экспрессия транспозонов», — говорит соавтор Джон ЛаКава, доцент-исследователь, специализирующийся на исследованиях LINE-1. «Но в остальном эти «прыгающие гены» замалчиваются внутри генома, потому что их активность создает стресс и повреждения в клетке».

Большую часть времени организм держит ЛИНИЮ-1 под контролем.

«Существуют слои механизмов, которые препятствуют экспрессии LINE-1 и производству ORF1p, поэтому мы можем использовать присутствие белка в качестве посредника для нездоровой клетки, которая больше не имеет контроля над своим транскриптомом», — говорит ЛаКава. «Вы не должны обнаружить ORF1p в кровотоке здорового человека».

За последние пять лет, по его словам, «стало совершенно ясно, что уровень этих белков значительно повышается при большинстве видов рака», включая многие из наиболее распространенных и смертельных видов рака пищевода, толстой кишки, легких, молочной железы, простаты, яичников, матки и т. д. поджелудочная железа, голова и шея.

Поскольку клетки карциномы вырабатывают ORF1p с самого начала заболевания, исследователи уже давно ищут чувствительный и точный тест для обнаружения ORF1p как можно раньше. Возможность обнаружить его у пациентов до того, как рак получит шанс распространиться, потенциально может спасти жизни.

Изготовленные на заказ нанотела из лам

Исследователи Рокфеллера объединились с ведущими исследователями из Mass General Brigham, Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете и Онкологического института Дана-Фарбер, а также других партнерских учреждений, чтобы разработать быстрый и недорогой анализ, способный обнаружить ORF1p в плазма, составляющая более половины содержимого крови человека.

В новом исследовании используется технология обнаружения на основе одиночных молекул, известная как Simoa, разработанная соавтором Дэвидом Уолтом из Гарварда. Команда Рокфеллера предоставила специальные нанотела, полученные и спроектированные на основе ламы действовать как реагенты захвата, захватывающие белок ORF1p, и как чувствительные зонды для его обнаружения.

«Мы разработали эти реагенты в рамках нашей миссии по выявлению и описанию молекулярных ассоциаций ORF1p с другими белками при колоректальном раке», — говорит ЛаКава. «Мы знали, что большинство случаев колоректального рака имеют обилие белков LINE-1, поэтому мы пришли к выводу, что взаимодействия, которые они образуют, могут нарушать регуляцию нормальных клеточных функций таким образом, что это приносит пользу раку. Выделение частиц LINE-1 позволило нам поближе взглянуть на эти взаимодействия. Позже стало ясно, что наши сотрудники из Гарварда могут использовать те же реагенты для разработки анализа биомаркеров, поэтому мы поделились ими».

Исследователи обнаружили, что этот анализ очень точен при обнаружении ORF1p в образцах крови пациентов с различными видами рака, включая рак яичников, желудочно-пищеводный и колоректальный рак. Производство стоит менее 3 долларов и дает быстрые результаты.

«Мы были шокированы тем, насколько хорошо этот тест работает при различных типах рака», — говорит Мартин Тейлор из отделения патологии Массачусетской больницы общего профиля и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале. Открытие Рака.

Исследователи также проанализировали плазму 400 здоровых людей в возрасте 20–90 лет, сдавших кровь в Массачусетский биобанк генерала Бригама; ORF1p не обнаруживалась у 97–99% из них. Из пяти человек, у которых действительно был обнаружен ORF1p, у человека с самым высоким уровнем через шесть месяцев выяснилось, что у него запущенный рак простаты.

Ответ на терапию рака

Еще одним потенциальным применением этого анализа является мониторинг реакции пациента на терапию рака. Если лечение эффективно, уровень ORF1p в крови пациента должен снизиться, говорит ЛаКава. В одной части исследования ученые изучили 19 пациентов, лечившихся от рака пищевода; у 13 человек, которые ответили на лечение, уровни ORF1p упали ниже предела обнаружения анализа.

По словам ЛаКава, отслеживание белка потенциально может быть включено в повседневную медицинскую практику. «В здоровый период вашей жизни вы можете измерить уровень ORF1p, чтобы установить базовый уровень. Тогда ваш врач просто будет следить за любыми скачками уровня ORF1p, которые могут указывать на изменение состояния вашего здоровья. Хотя здесь и там могут быть некоторые незначительные колебания ORF1p, всплеск может стать поводом для более глубокого расследования».

Результаты исследования также иллюстрируют огромный потенциал реагентов для нанотел, созданных в результате изучения интерактомики, говорит Раут. Интерактомика стремится понять динамические взаимодействия миллионов отдельных компонентов клетки, особенно ее белков и нуклеиновых кислот. Эти взаимодействия образуют макромолекулярные комплексы, которые передают информацию и контролируют поведение клеток. Патогенные изменения в этих взаимодействиях лежат в основе всех заболеваний.

«Существует острая потребность в гораздо более совершенных инструментах для выявления и анализа интерактомов, которая только начинает удовлетворяться», — говорит Раут. «С этой целью мы часто сотрудничаем с другими учреждениями в разработке реагентов, таких как наши нанотела, полученные из ламы. Полученные продукты — это не просто исследовательские инструменты — они обладают огромным потенциалом в руках врачей».

Источник: Первоначальное исследование