Исследователи разработали новый план атаки против группы смертельных раковых заболеваний мозга у детей, которые в совокупности называются диффузными срединными глиомами (DMG), включая диффузную внутреннюю глиому понтифика (DIPG), таламическую глиому и глиому спинного мозга. Ученые из Национального института здравоохранения, Стэнфордский университет, Калифорния, и Института рака Дана-Фарбер, Бостон, определили пару препаратов, которые работали вместе, чтобы убить раковые клетки и противостоять эффектам генетической мутации, вызывающей заболевания.

Исследователи показали, что объединение двух препаратов – панобиностата и маризомиба – более эффективно, чем любое другое лекарство, в уничтожении клеток пациентов с DMG, выращенных в лаборатории и на животных моделях. Их исследования также обнаружили ранее непризнанную уязвимость раковых клеток, которую ученые могут использовать для разработки новых стратегий борьбы с раком и связанными с ним заболеваниями. Результаты были опубликованы 20 ноября в Наука трансляционной медицины .

Матричный скрининг обеспечивает понимание, расширяет возможности

DMG – это агрессивные, трудно поддающиеся лечению опухоли, которые являются основной причиной смерти от рака мозга среди детей в США. DMG обычно поражают несколько сотен детей в возрасте от 4 до 12 лет; большинство детей умирают в течение года после постановки диагноза. Большинство случаев DMG вызвано специфической мутацией в генах гистонов. Гистоны представляют собой белковые комплексы в клеточном ядре. ДНК оборачивается вокруг гистонов с образованием хроматина, который упаковывает ДНК в ядро. На то, как ДНК вращается и раскручивается вокруг гистонов, зависит от ферментов, включая гистоновые деацетилазы. Эти ферменты добавляют или удаляют химические метки, которые косвенно контролируют, включены или выключены гены.

В более раннем исследовании Стэнфордского нейроонколога Мишель Монье. M.D., Ph.D. и ее коллеги показали, что панобиностат, который блокирует ключевые ферменты гистондеацетилазы, может восстановить функцию гистонов DIPG до более нормального состояния. В то время как панобиностат уже находится на ранних клинических испытаниях у пациентов с DIPG, его полезность может быть ограничена, потому что раковые клетки могут научиться избегать его эффектов. Поэтому команда Монье хотела определить другие возможные лекарства – и их комбинации – которые могут повлиять на рак.

«Очень немногие виды рака можно лечить одним препаратом», – сказал Монье, старший автор исследования, который лечит детей с DIPG и другими диффузными глиомами средней линии. «Мы давно знали, что нам потребуется более одного варианта лечения DIPG. Задача состоит в том, чтобы расставить приоритеты, когда есть тысячи возможных вариантов. Мы надеемся, что эта комбинация поможет этим детям».

Монже и доктор медицины Кэтрин Уоррен из Национального института рака, в настоящее время работающие в Онкологическом институте Дана-Фарбер и Бостонской детской больнице, сотрудничали с доктором философии Крейгом Томасом и его коллегами в Национальном центре развития трансляционных наук NIH (NCATS). ). Томас и его команда использовали опыт скрининга лекарств NCATS и технологию матричного скрининга для изучения лекарств и их комбинаций, чтобы определить, какие из них токсичны для клеток пациентов с DIPG.

Роботизированные высокопроизводительные технологии скрининга NCATS позволяют ученым быстро тестировать тысячи различных лекарств и комбинаций лекарств различными способами. Ученые могут изучать наиболее перспективные отдельные препараты и комбинации, определять наиболее эффективные дозы каждого препарата и узнавать больше о возможных механизмах действия этих препаратов.

Исследователи NCATS впервые изучили влияние отдельных одобренных лекарств и исследуемых соединений на клеточные модели DIPG, выращенные в лаборатории из клеток пациентов. Они сфокусировались на агентах, которые могут как убивать клетки DIPG, так и преодолевать защитный гематоэнцефалический барьер мозга, что необходимо для того, чтобы лекарство было эффективным против DIPG у пациентов. Затем команда проверила наиболее эффективных отдельных агентов в различных комбинациях.

Такие большие и сложные проверки на наркотики требуют огромных совместных усилий. NCATS был разработан, чтобы объединить биологов, химиков, инженеров и специалистов по данным таким образом, чтобы эти технически сложные исследования были проведены ».

Крейг Томас, доктор философии, старший автор исследования

Несмотря на многочисленные и многообещающие результаты этих исследований, команда сосредоточилась на комбинации ингибиторов гистондеацетилазы (таких как панобиностат) с лекарственными средствами, называемыми ингибиторами протеасом (такими как маризомиб). Ингибиторы протеасом блокируют нормальные процессы рециркуляции белка в клетках. Комбинация панобиностат-маризомиб была очень токсичной для клеток DIPG в нескольких моделях, включая культуры опухолевых клеток DIPG, которые представляли основные генетические подтипы заболевания, и мышей с клетками, трансплантированными из опухолей пациентов. Комбинация также уменьшала размер опухоли у мышей и увеличивала их выживаемость. Подобный ответ был обнаружен в моделях DMG спинного мозга и таламуса, разработанных из клеток, выращенных в культуре из клеток пациента.

Механизмы в игре

Скрининговые исследования также предоставили важную информацию о том, как работают наркотики. Опираясь на эти данные, совместная команда впоследствии провела серию экспериментов, которые показали, что клетки DIPG реагируют на эти препараты, отключая биохимический процесс в митохондриях клетки, который частично отвечает за создание АТФ, который обеспечивает энергию для клеток. Комбинация лекарств по существу останавливает производство АТФ в опухолевых клетках.

«Комбинация лекарств панобиностат-маризомиб выявила неизвестную метаболическую уязвимость в клетках DIPG», – сказал первый автор Грант Лин, доктор философии, в Медицинской школе Стэнфордского университета. «Мы не ожидали найти это, и оно представляет собой захватывающую новую возможность для изучения будущих стратегий лечения диффузных срединных глиом».

В настоящее время разрабатываются планы клинических испытаний комбинации лекарственных препаратов и только маризомиба.

«Многие тестируемые нами препараты оказывают множественное влияние на клетки DIPG», – говорит Уоррен, старший автор исследования. «Панобиностат, например, ингибирует определенный фермент, но у него есть другие механизмы, работающие в опухолевых клетках, которые могут способствовать его эффективности. Мы все еще пытаемся понять различные ахиллесовы пяты в этих раковых клетках. Эта работа является важным шагом в переводя наши доклинические данные на пациентов. "

Монье подчеркнул, что комбинация панобиностат-маризомиб может быть важным компонентом мультитерапевтической стратегии, включая подходы, которые используют иммунную систему и те, которые разрушают факторы в микроокружении опухоли, от которого зависят клетки глиомы. Как и Уоррен, Монье подчеркнул необходимость лучшего понимания того, как наркотики нацелены и влияют на уязвимости ячеек DIPG.

«Наша работа с NCATS показала необходимость сбора большего количества доклинических данных систематическим, высокопроизводительным способом для понимания и определения приоритетов стратегий и агентов для объединения», – сказал Монье. «В противном случае мы проводим испытания одного или двух препаратов за раз и разрабатываем клинические испытания без доклинических данных, основанных на предположенных механизмах действия. Мы хотим отойти от этой догадки и предоставить доклинические данные для руководства клиническими решениями и направлениями исследований».

Линь добавил: «Идея состоит в том, чтобы получить как можно больше эффективных инструментов для работы, которые могут оказать влияние на пациентов».