Укрощение бешеных клеток

 

Укрощение бешеных клеток

НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ /ОНКОЛОГИЯ



Усилия ученых по расшифровке генома и исследованию генов, ответственных за рак, позволяют рассчитывать на создание целого ряда препаратов, которые при индивидуальной терапии позволят продлевать жизнь на десятки лет


...Следует полагать, что в то время как терапия рака, несмотря на довольно скромные пока успехи, может рассчитывать на серьезные достижения в области медикаментозного лечения, радикальная ликвидация заболеваемости раком представляется мне нереализуемой. Ибо рак является следствием одного из тех принципов функционирования клетки, которые лежат у самых истоков жизни. Станислав Лем


Недавно американские ученые завершили работу по расшифровке генетического кода клеток рака молочной железы и рака кишечника. Как признались исследователи, результаты их просто шокировали: было выявлено около двухсот генетических мутаций, участвующих в процессах образования опухоли, ее роста и распространения. Они констатировали, что развитие злокачественных опухолей определяется гораздо более сложным комплексом факторов, чем считалось раньше. Тем не менее новые знания вселяют и оптимизм — есть над чем работать.

Рис. 1

Еще в конце прошлого века, когда геном не был расшифрован, о раке чаще говорили как о неизлечимой болезни. Ученых, фармацевтов, клиницистов угнетала практически неравная борьба: что бы они ни придумывали, в ответ опухоль становилась еще хитрее и изворотливее. Во всем мире, особенно в благополучных странах, наблюдалась устойчивая тенденция к росту онкологических заболеваний из-за увеличившейся общей продолжительности жизни: рак по большей части болезнь пожилых. Сейчас ежегодно выявляется более 10 млн случаев рака, а по прогнозам Международной организации по борьбе с раком, к 2020-му эта цифра вырастет до 15 млн. Каждая пятая смерть в мире — от рака. Едва ли не единственным исключением стали успехи в профилактике рака легких, отмеченные в последние годы в результате беспрецедентных мер по борьбе с курением.

Казалось странным, что мировая наука, несмотря на титанические усилия, так долго не может ответить на вызов природы и победить рак, ежегодно уносящий миллионы человеческих жизней. Вроде бы ученым было многое известно о механизмах возникновения злокачественных опухолей, было понятно, в какие цели следует бить, но отдельные маленькие победы не приносили удовлетворения. В последнее время стало очевидным, что рак — заболевание не только многофакторное, изменчивое, но и индивидуальное: одинаковых опухолей не бывает, даже если они во многом схожи и локализованы в одном месте. Это означает, что для рака нет единой теории и вряд ли возможно создание одного препарата или метода, который будет кардинально избавлять от него. Но ученые рассчитывают, что после расшифровки геномаи составления всесторонней характеристики генов, замеченных в предательском поведении клеток, удастся создать препараты и технологии, комплексное применение которых позволит если не вылечить рак окончательно, то перевести его в хроническое заболевание. А это даст обреченным шанс надеяться на десятки лет активной жизни.

Бессмертная, плодовитая, наглая
Как получается, что в какой-то момент крохотная клетка, одна из миллиардов, составляющих организм человека, вдруг переворачивает всю его жизнь? Непомерные амбиции маленькой частички вступают в непримиримое противостояние с целым. Отлаженный механизм, позволяющий клеткам действовать строго в рамках принятых правил — в нужный момент рождаться, делиться отмеренное число раз, а затем умирать, — вдруг нарушается.

Понятно, что эта зарвавшаяся клетка хочет жить вечно и делать все, что захочется, но почему она столь недальновидна, что своей неуемностью приводит к гибели хозяина организма, а значит, и себя? Какой-нибудь жалкий вирус, организованный куда проще клетки, и то хитрее: как правило, поселившись в организме, он устраивает комфортные условия для себя, но и позволяет другим жить более или менее пристойно. Может, рак подброшен эволюцией в качестве мусорщика, выметающего пожилых, выполнивших свои репродуктивные функции? Но от рака умирает не так уж мало молодых и даже детей. Однако есть и другие гипотезы. Одни специалисты считают, что рак появился в тот момент эволюции, когда популяция наших далеких предков была столь мала, что близкородственное скрещивание привело к накоплению мутаций, которые потом стали переходить от поколения к поколению и множиться. Другие — что рак человечество получило в обмен на половое размножение: ученые находят много схожего в опухолевых и эмбриональных клетках, считая, что некое количество зародышевых клеток рассеивается по всему организму и под влиянием дополнительных факторов может превратиться в злокачественные.

Онкологи не склонны философствовать на эту тему. Им ближе более конкретные вопросы. Почему и как происходит преобразование нормальной клетки в опухолевую? Как и где можно эффективновмешиваться в этот процесс? Известно, что факторов для инициации этого процесса может быть несколько: действие канцерогенных веществ, облучение, вирус, генетические причины. Это может быть и сочетание нескольких факторов. Основная сложность заключается в том, что единого механизма нет. «Абсолютным для всех видов злокачественных опухолей является заболевание генетического аппарата клетки, а вот пути, по которым работает испорченный геном, разные, — говорит заведующий отделом трансформирующихся генов Российского онкологического научного центра им. Н. Н. Блохина (РОНЦ), член-корреспондент Российской академии медицинских наук Федор Киселев. — У каждой опухоли своя генетическая программа».
Ученые утверждают, что должно произойти пять-семь событий, после чего нормальная клетка превращается в опухолевую. Для начала в клетке должно накопиться определенное количество мутаций. Причем зачастую изменяются те гены, которые призваны контролировать целостность генома и, соответственно, правильность его работы. Первое, что клетка с измененным геномом стремится сделать — обеспечить себе бессмертие. Нормальная клетка делится тридцать-пятьдесят раз, а затем умирает, в частности, на ее поверхности появляются рецепторы, активация которых запускает механизм апоптоза (за-программированной смерти). Предполагается, что время жизни клетки отсчитывают находящиеся на концах ДНК, уложенных в хромосомах, так называемые теломеры — участки, которые не кодируют белки. Дело в том, что при считывании с ДНК информации для ее деления эти кончики хромосом при каждом делении становятся все меньше. И когда теломеры «обтрепываются» до строго определенной длины, клетка должна умереть.

На самом деле в геноме есть ген, который может кодировать фермент теломеразу, умеющую наращивать теломеры и обеспечивать клеткам бессмертие. К примеру, теломераза работает в стволовых клетках. Но в большинстве зрелых клеток нашего организма она не синтезируется, тогда как в опухолевой в какой-то момент включается ген, кодирующий теломеразу, в результате чего клетка становится бессмертной.

Вакцина против рака, см. рис. 2

Завоевав такое сказочное свойство, она старается всячески оградить себя от попыток склонить ее к суициду и блокирует сигнальные пути апоптоза. Теперь она хочет размножаться. Она выставляет на своей поверхности множество рецепторов, которые будут хватать молекулы-сигналы, запускающие клеточное деление. Такие рецепторы есть и на обычных клетках, пока те делятся под контролем генома. В опухолевой их становится намного больше, в результате чего она начинает бурно и бесконтрольно делиться, образуя многочисленное потомство. Мало того, потомство — это не копии ненормальной мамаши, клетки-детеныши приобретают все новые свойства, причем каждый — свои особенные. Колония разрастается и нахально пытается поприжать окружающие ее нормальные клетки, нарушая принятые каноны добрососедства. Обычные клетки знают, что делиться можно лишь тогда, когда ты не мешаешь соседям: клетки общаются друг с другом посредством различных сигналов. Опухолевым такая галантность ни к чему, они почти перестают взаимодействовать с другими клетками, вступая в агрессивную борьбу за пищу и кислород. Для этого они продуцируют факторы, способствующие появлению новых сосудов и прорастанию их в опухоль. По сосудам будет транспортироваться пища, вдобавок они будут служить каналами для путешествий оторвавшихся от первичнойопухоли отдельных клеток. Эти оторвыши могут образовывать метастазы в различных частях тела. А могут спрятаться и сидеть где-нибудь тихо-тихо. Но вдруг через несколько лет либо под влиянием дополнительных мутаций, либо попадая в более благоприятные условия, они могут начать яростно делиться и образовывать новую опухоль. Такова самая общая схема преобразования нормальной клетки в опухолевую.

Стрельба по мишеням
Даже эта общая схема — ключ к пониманию, что может быть мишенью для борьбы с раком. Собственно, о мутациях в генах, бессмертии, бесконтрольном делении и способности к метастазированию известно уже давно, но поскольку мишенью выступали сами опухолевые клетки целиком, лечение было грубоватым. Опухоль по возможности удаляли, на нее воздействовали химиотерапией (различными лекарственными препаратами) и лучевой терапией. Но и химио-, и лучевая были нацелены на убийство клеток путем разрушения ДНК или других важных частей клеток. Терапия сама становилась убийственной. По словам клиницистов, многие больные умирали не от самой опухоли, а от последствий такой терапии: она разрушительно действовала почти на все клетки организма, особенно быстроделящиеся — клетки крови, эпителия, волос и кожи. А победить рак так и не удавалось.

Ученые упорствовали, знаний становилось все больше. Сейчас множество лабораторий более или менее успешно работают в самых разных направлениях. Даже несведущему в онкологии человеку вроде понятно, что можно пытаться воздействовать на важнейшие точки процесса образования опухоли. Вероятно, самой привлекательной целью является поломанный геном, ведь все начинается оттуда. «Если побороться за эту часть, возможно, это может стать самым эффективным путем», — размышляет руководитель лаборатории генной терапии Института биологии гена Российской академии наук Сергей Ларин. По его словам, теоретически можно вводить нормальные копии измененных или мутировавших генов.

В опухолевой клетке в какой-то момент включается ген, кодирующий теломеразу, в результате чего эта клетка становится бессмертной

Такие разработки ведутся: здоровые гены пытаются внедрить с помощью генномодифицированных вирусов, плазмидных ДНК и др. Но пока технология моделируется и в лучшем случае воспроизводится in vitro. Ученые еще не нашли способа адресной доставки нужного гена в нужное место. Ведь он может встроиться настолько неудачно, что сам может активировать или заблокировать гены, способствующие возникновению опухоли или чего-нибудь еще.

Пробуют отключить и бессмертие клетки. Кажется, что это можно сделать, воздействовав на теломеразу и/или на сигнальные пути апоптоза. В принципе можно подобратьингибитор к теломеразе, чтобы заблокировать ее (недавно ученые расшифровали трехмерную структуру этого фермента). «Такие работы ведутся во многих лабораториях, — рассказывает Федор Киселев. — Но здесь немало сложностей. Не обнаружен природный ингибитор теломеразы, возможно, она блокируется не белком, а другим способом. Кроме того, пока не найден рецепт точечного воздействия. Даже если будет подобран синтетический ингибитор, его запуск может уничтожить стволовые клетки». Федор Киселев предполагает, что на теломеразу можно воздействовать с помощью микро-РНК. Недавно стало известно, что микро-РНК заставляет умолкать гены (за это открытие в 2006 году была присужде-на Нобелевская премия). Однако более реальным кажется создание препаратов, способных действовать на апоптотические сигналы, к примеру, путем разблокировки этих путей — тогда, может, все-таки удастся заставить опухолевые клетки умереть.

Ключевые этапы образования злокачественной опухоли, см. рис. 3

Пока наибольших успехов ученые добились на этапе деления опухолевых клеток. В последние годы стали появляться так называемые таргетные (целевые, специфичные) лекарственные препараты, которые действуют целенаправленно на опухолевые клетки и щадят окружающие нормальные. Один из таких инновационных препаратов, герцептин, был разработан в 90-х годах швейцарской компанией Roshe. Он появился благодаря тому, что лет пятнадцать назад был открыт некий ген, который кодирует белок-рецептор HER2. Эти рецепторы были обнаружены на поверхности опухолевых клеток одной из самых агрессивных разновидностей рака молочной железы — они ловят сигналы, понуждающие клетку делиться. Если рецептор заблокировать, можно как минимум снять агрессивность опухоли. «Ученые придумали, как это сделать с помощью препарата на основе антитела, способного блокировать рецепторы, — рассказывает заместитель директора РОНЦ, профессор Сергей Тюляндин. — Герцептин не вылечивает рак, он решает узкую задачу, но способствует тому, чтобы перевести больного из фатально плохого состояния в состояние некой стабилизации, особенно если мы применяем препарат на ранних стадиях. К тому же антитело (а это часть иммуноглобулина) дополнительно запускает иммунную реакцию. Препарат также способствует уменьшению доз химиотерапии. Герцептин дает шансы таким больным вдвое увеличить отпущенные болезнью годы жизни и ее качество. Препараты других мировых грандов —”Новартиса”, ”Астра Зенеки“, ”Санофи-Авентис” — такие, как гливек, иресса, также относятся к группе таргетных, значительно улучшающих лечение».

Появились и лекарства, действующие на разрастание сосудов, питающих в том числе и опухоль. В той же компании «Рош» несколько лет назад выпустили авастин, который, по словам руководителя отдела онкологических и гематологических препаратов российского представительства компании Дмитрия Борисова, блокирует рост сосудов вокруг опухоли. Он, словно пылесос, всасывает и уничтожает определенные вещества, участвующие в строительстве сосудов. Опухоль ощущает голод, некоторые клетки могут погибать. К тому же этот препарат рассматривается как профилактическое средство против обширного метастазирования.

В Институте биологии гена РАН тоже работают над проблемой. «Известны факторы, активирующие или тормозящие рост сосудов, — говорит Сергей Ларин. — Соответственно, есть два подхода: блокировать факторы роста или добавлять тормозные. Мы работали над тем и другим. Но тормозить у нас пока получается плохо, блокировать — много лучше. Сейчас мы на стадии предклинических испытаний, которые рассчитываем закончить к лету».

Еще одна цель ученых — попытаться пресечь процесс метастазирования. Однако, по словам Федора Киселева, в этом направлении пока еще и фундаментальных знаний маловато. Никто не знает, как запускается этот процесс. Почему клетка может гулять, как кошка, сама по себе и поселяться в различных органах и тканях. Хотя и такие исследования ведутся, в том числе и в РОНЦ.

Прививка от рака
На протяжении всей истории борьбы с раком ученые не переставали задаваться вопросом, почему иммунная система человека, ревностно оберегающая организм от чужих и измененных своих клеток, столь малоэффективна по отношению к опухолевым клеткам. Считается, что она все же убирает те из них, которые вроде бы постоянно появляются в организме. А потом она либо перестает их узнавать, либо ее просто не хватает на столь мощный разгул злодеев. Разумеется, исследователи все время пытались изучить эти процессы и активировать иммунитет против опухоли. «Иммунотерапия — одно из старейших направлений в онкологии, — рассказывает исполнительный директор НИИ онкологии им. Н. Н. Петрова профессор Владимир Моисеенко. — В середине XIX века Майкл Фишер отмечал исчезновение громадной опухоли у женщины, заболевшей параллельно рожистым воспалением.

Рис.4 Так прекращается агресивное деление клетки

Фишер увязал эти два факта и попробовал больной с опухолью приложить к небольшой царапине повязку от рожистой больной, надеясь таким образом простимулировать инфекцией иммунитет раковой пациентки. В начале XX века был отмечен случай, когда больную с раком шейки матки покусали собаки и ее провакцинировали от бешенства. На этом фоне был зарегистрирован регресс опухоли. Воодушевленные врачи решили использовать этот эффект: нет, не напускать собак на пациентов, а вакцинировать их. Вакцинация ста больных меланомой ничего не принесла. Об иммунотерапиипочти забыли в связи с бурным развитием химио- и лучевой терапии».

Новые знания о механизмах иммунной системы появились сравнительно недавно, в середине 60-х годов. С этого времени стала развиваться новая волна исследований и разработок иммунотерапевтических подходов.

Недавно одна из крупнейших фармкомпаний «Мерк» выпустила вакцину против рака шейки матки. Когда стало известно, что в запуске этого вида опухоли чаще всего виновен вирус папилломы человека (он встраивается в геном и производит там изменения, приводящие к инициации опухолевого процесса), подумали, что профилактическое вакцинирование против вируса папилломы может предотвратить болезнь. В США решили прививать всех девочек с 9 до 12 лет.

Созданием профилактической и лечебной вакцины занимаются и в России. Российские ученые во главе с членом-корреспондентом РАМН Сергеем Севериным разработали вакцину против меланомы. Идея обучать иммунитет борьбе с опухолью не нова, как и идея использовать в вакцине чужие клетки. Но нужно было сделать так, чтобы в человеческом организме появились клетки чужой опухоли, например мышиной. А организм сразу видел чужаков и отторгал их. Северин с коллегами изящно решил эту проблему, использовав специальный гель, который, с одной стороны, защищал мышиные клетки от агрессивного иммунитета человеческого организма, а с другой — позволял им общаться с иммунными клетками homo sapiens, обучая их. Ученые предполагали, что вакцину можно использовать и как ле-чебное средство после хирургии для предотвращения образования метастазов. Сейчас вакцина проходит вторую стадию клинических испытаний, в частности в питерском НИИ онкологии имени Петрова. После окончания уже можно будет строить некоторые предположения об эффективности, хотя это удел третьей фазы. В институте решили попробовать применить эту вакцину и для больных раком предстательной железы. По словам старшего научного сотрудника Ирины Балдуевой, хотя испытания проводились лишь на пяти очень тяжелых больных с множественными метастазами, все же был получен первый неплохой эффект: все пациенты почувствовали себя лучше, а у одного из них даже наметилось небольшое (до 39%) уменьшение опухоли. Эти исследования получат свое продолжение.

В НИИ онкологии разрабатывают и собственные лечебные вакцины. Одна из них основана на так называемых дендритных клетках, которые обычно участвуют в процессах иммунного ответа. Упрощенно технология выглядит примерно так. Ученые специально выращивают дендритные клетки из стволовых клеток пациента, затем из опухолевых клеток извлекают характерные антигены и нагружают ими дендритные клетки. После этого дендритные клетки подвергаются еще некоторым манипуляциям и в результате выставляют на своей поверхности не только опухолевой антиген, но и так называемый главный комплекс клеточной совместимости, для того чтобы иммунные клетки, изучив врага по этой парочке, стали атаковать опухоль. Только по одному антигену иммунные клетки опухоль не узнают.

В этом же НИИ делают еще одну вакцину — на основе генномодифицированных опухолевых клеток пациента. В эти клетки вставляется специальный ген, который моделирует воспаление, чем привлекает иммунитет к опухолевым клеткам и активирует его. Эти вакцины испытывают на тяжелых больных с меланомой, раком почки, колоректальным раком. По словам Ирины Балдуевой, то, что у многих пациентов опухоль прекращает прогрессировать и стабилизируется, — уже неплохой результат.

Молекулярный портрет больного
«Из жизни начинает уходить стереотип, что рак неизлечим, — говорит замдиректора по научной работе РОНЦ, членкор РАН Михаил Личиницер. — Новые высокоэффективные препараты в комплексах позволяют продлевать жизнь больных на десять-пятнадцать лет. Еще десять лет назад из ста больных с опухолью яичек выживало только двое, сейчас умирает четверо. Сегодня многие вылечиваются при раке молочной железы. Есть успехи в лечении лейкозов, лимфом, рака щитовидной железы». По словам Личиницера, успехи обусловлены не только инновационными препаратами, но и комплексными подходами с использованием хирургического и лучевого методов исследования. «Прогресс в онкологии достигнут значительный, — считает ученый, — но мы все еще не можем справиться с некоторыми видами опухолей либо не можем гарантировать полное излечение, поскольку случаются рецидивы. В организме могут оставаться клетки, которые выжили после всех примененных методов, эволюционировали и стали еще более сильными, поскольку приобрели устойчивость даже к новейшим разработкам». Считается, что если метастазы не появились в течение в среднем пяти лет, то болезнь можно считать вылеченной. Но бывает, что метастазы появляются и через десять, и через двадцать лет. И эта проблема пока неразрешима.

Сейчас главная концепция онкологии, пожалуй, в переведении болезни из прогрессирующего в регрессирующее состояние, или хроническое. С какими-то опухолями это уже получается. Над другими работают. «Вы только подумайте, геном был расшифрован всего четыре года назад, — восклицает Федор Киселев. — Это значит, что сейчас огромный массив полученных знаний нужно перевести в практическую плоскость, над чем и работает множество лабораторий мира». Изучение генов позволяет разрабатывать таргетные препараты, которые бьют по конкретным мишеням, к примеру, белкам, участвующим в процессе образования и роста опухоли. Сейчас пока таких препаратов совсем немного, может, с пару десятков. А генов, участвующих в процессах, как минимум триста. Это не значит, что нужно будет создавать триста новых препаратов. Ведь не все мутированные гены могут быть активно задействованы в процессе. По словам Киселева, нужно будет создать препараты для ключевых генов — пока трудно сказать, сколько их понадобится, может, сотня или сто пятьдесят. Сейчас на это брошены огромные силы как государств, так и частных компаний. В США начат пилотный трехлетний проект, нацеленный на выявление генетической составляющей в природе опухолей, с бюджетом в 100 млн долларов. А полный проект на девять лет предполагает инвестиции в исследования 1,35 млрд долларов. Средства выделяют Национальный институт рака и Национальный институт геномных исследований. Фармгиганты тоже тратят миллиарды долларов. По словам Борисова, рошевские новинки стоили от одного до пяти миллиардов каждая. Однако следует еще учесть, что на разработку только одного препарата уходит примерно десять лет.

«По мере появления новых таргетных препаратов и благодаря умелому их подбору под молекулярный портрет каждого больного лечение будет все более эффективным», — считает Киселев. Это и есть главная концепция современной онкологии. Лечить будут индивидуума, вычислив ключевые гены, активно работающие именно в его опухоли. Но для этого нужно затратить еще немало усилий по созданию как средств диагностики этих генов, так и таргетных препаратов для каждого из них.

НА ОСТРИЕ ГАММА-НОЖА
Рис.5
В последние годы в онкологической хирургии достигнут прогресс благодаря разработкам, возникшим на стыке лучевой терапии и хирургии, - интервенционной радиологии. Руководитель отдела лучевой диагностики РОНЦ профессор Борис Долгушин рассказывал, что сейчас можно проводить операцию с помощью тонкого, как игла, электрода, через который в опухоль подается высокочастотный ток. В игле находится не только электрод, но и емкости для охлаждения иглы (космические нанотехнологии!). Повышенное колебание молекул приводит к их разогреванию, и по достижении определенных температур клетки гибнут. При проведении этой ювелирной операции визуализация осуществляется с помощью УЗИ или компьютерного томографа.
Еще одним новым способом пользуются, по словам Долгушина, в НИИ нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко. Он называется гамма-найф. Это точечная лучевая терапия. Прибор подает в нужную точку опухоли очень мощную дозу энергии за счет того, что небольшие дозы подаются с разных полей, и лучи пересекаются в одной точке, доставляя туда энергию и убивая клетку. С помощью этих лучей можно как бы очертить опухоль, аккуратно выделив ее из здоровых тканей.


Галина Костина
ЭКСПЕРТ № 48 • 11-17 декабря 2006 г.


Создан 15 июн 2007



  Комментарии       
Имя или Email


При указании email на него будут отправляться ответы
Как имя будет использована первая часть email до @
Сам email нигде не отображается!
Зарегистрируйтесь, чтобы писать под своим ником
Пробки на Яндекс.Картах НБУ курс доллара НБУ курс евро