Совершенствование методов лечения рака путем использования лекарственной устойчивости при раке

Перевод COVID-19 в звук

News-Medical беседует с профессором Дэвидом Томасом о его недавнем исследовании, посвященном выявлению механизмов развития резистентности раковых клеток к лекарственным средствам, и о том, как это новое понимание может быть использовано для создания более совершенных методов лечения рака.

Что побудило вас провести это исследование?

Первая причина в том, что нам было очень интересно думать о лекарственной устойчивости по-другому. Лекарственная устойчивость, пожалуй, является наиболее серьезной проблемой для разработки лекарств от рака в настоящее время. Большинство лекарств, которые мы потратили на разработку миллиардов долларов и платим миллиарды долларов, чтобы предоставить пациентам, используются пациентами, которые неизлечимы, и в конечном итоге они терпят неудачу.

С точки зрения латерального мышления о том, как оказать воздействие, важно спросить: что мы можем узнать о том, почему лекарства от рака неэффективны?

Второе – это то, что нас не интересовала относительно специфическая проблема, связанная с тем, что какой-то отдельный препарат дает сбой. Было проведено много исследований, посвященных изучению того, почему, например, лекарства, которые нацелены на рецептор эпидермального фактора роста, перестают работать из-за приобретения специфической мутации, устойчивой к лекарству, которому первоначально подвергался пациент.

Дело не в том, как возникает сопротивление в каждом случае, а в общих механизмах – если таковые имеются – которые увеличивают вероятность сопротивления. Нас больше интересовало, существует ли фундаментальный процесс для многих лекарств и применим ли он ко многим видам рака, что может привести к появлению этих специфических мутаций устойчивости.

Последняя причина связана с моими мыслями в далеком 2001 году. Причина, по которой я задумался об этом процессе мутагенеза, вызванного стрессом, заключалась в том, что я являюсь фундаментальным сторонником принципов Дарвина, естественного отбора, и что генетическое разнообразие фундаментально движет эволюцией.

Теория заключалась в том, что сам процесс мутации был в основном пассивным и случайным, и именно среда воздействовала выбранным давлением, которое формировало порядок или явный порядок из хаоса.

Размышляя о раке в целом, ясно, что мутации действительно важны. Также ясно, что раковые заболевания, которые мы можем наблюдать в клинике, во многих случаях чрезвычайно сильно нарушены, и меня всегда удивляло, как раковые заболевания могут переносить такую ​​степень продолжающейся генетической нестабильности.

И поэтому одна мысль, которая у меня возникла, заключалась в том, что, возможно, у них не было постоянно повышенной фоновой скорости мутации. Возможно, то, что мы наблюдали, было своего рода исторической записью жизненной траектории, где, возможно, при некоторых напряженных обстоятельствах был импульс очень высокой частоты мутаций, и который затем стабилизировался.

Эта скорость мутации стабилизировалась, но теперь у нее была совершенно новая конфигурация генома рака. Если мутации не являются фиксированными, случайными и непрерывными, а, скорее, идут волнообразно, то, что эволюционные биологи описывают как солевые всплески или всплески изменчивости, тогда возникает следующий вопрос: не имеет ли смысла, если изменчивость сама по себе идет за счет приспособленности? И это явно так.

Именно так мы используем химиотерапию. Они вызывают регресс рака, потому что мы перегружаем мутации. Используя это, имеет смысл, что будет существовать связь между процессом отбора, который изложил Дарвин, и обратной связью с процессом случайной мутации, так что организмы могут переносить более высокую степень мутации, но только тогда, когда есть отдача. Это дает путь к спасению из невыносимых обстоятельств.

Следствием этого является то, что в идеальном мире, предположим, что организм в настоящее время идеально приспособлен к окружающей среде, предположительно, любые мутации, которые происходят в этом состоянии, могут быть только вредными. Есть только один путь – вниз. В идеальной среде частота мутаций была бы действительно низкой.

У вас есть эти две крайности. Во-первых, враждебное окружение, в котором мутации неприятны, но в таком случае это единственный способ выжить. С другой стороны, у вас совершенно приятная среда, и в этом случае любая частота мутаций, вероятно, не очень хорошая вещь. Это просто приводит к недостатку.

Итак, учитывая эту концепцию, мы задали вопрос: связано ли косвенное воздействие лекарств в условиях рака с признаками увеличения частоты мутаций? Так все и началось.

<img alt=" Метастазирование рака "height =" 694 "src =" http://www.news-medical.net/image.axd?picture=2020%2f6%2fshutterstock_1088678606.jpg "title =" Метастазирование рака "ширина = "1000" />

Изображение предоставлено: Lightspring / Shutterstock.com

Что такое стресс-индуцированный мутагенез и как он происходит в раковых клетках?

Мутагенез, вызванный стрессом, представляет собой процесс в раковой клетке, бактерии или в любом живом организме, в результате чего воздействие агрессивной или агрессивной среды приводит к увеличению частоты мутаций внутри ядра клетки.

Этот общий принцип наблюдается у бактерий и дрожжей. Это могут быть вызваны такими факторами, как тепловой стресс, недостаток питательных веществ и воздействие лекарств. Мы показали, что если вы взяли раковые клетки и подвергли их воздействию ряда лекарств, вы могли бы увидеть аналогичное явление – увеличение скорости мутации внутри раковых клеток.

Все исследование было посвящено попыткам понять механизмы, с помощью которых это произошло. Мы преследовали нечто общее для множества разных ситуаций, а не механизмы, которые были специфичны для одного лекарства и одного типа рака. Мы хотели найти что-то, имеющее отношение к множественным типам рака и различным стрессам.

Ведущий автор этой статьи, замечательный исследователь, которого зовут Аркади Чиппони, задал вопрос: если бы мы вырубили каждый ген по отдельности в геноме человека, мы бы нашли гены, которые имеют решающее значение для появления множества типов сопротивления?

Мы назвали их генами-посредниками, потому что они не приводили непосредственно к сопротивлению, но они увеличивали вероятность возникновения сопротивления. Оказалось, что это сделал ген mTOR, что было неожиданным результатом, поскольку он на самом деле является онкогеном.

mTOR стимулирует рост раковых клеток, поэтому идея о том, что нокаутирование mTOR увеличит вероятность выживания лекарства от рака, на самом деле была парадоксальной. Но мы видели это в mTOR, среди других генов. Еще одна вещь, которую мы знаем о mTOR, который сделал его действительно захватывающим кандидатом, это то, что он достаточно эволюционно сохраняется вплоть до дрожжей.

У дрожжей есть аналог человеческого гена mTOR, который можно рассматривать как эволюционный реостат. Этот реостат, чувствительный к стрессу, на самом деле переводит эти организмы в то, что можно назвать «дауерным» состоянием, которое является своего рода спящим состоянием, которое многие примитивные и низшие организмы используют для выживания в суровых условиях. Таким образом, он сделал отличный кандидат в этом конкретном случае.

Как стресс-индуцированный мутагенез по сравнению с бактериальной устойчивостью?

Определенные пути, которые мы обнаружили в диапазоне раковых заболеваний, на которые мы смотрели, по-видимому, связаны с этим геном mTOR. mTOR у бактерий, по-видимому, не так непосредственно вовлечен, но были описаны другие системы, которые, по-видимому, координируют чувствительный к стрессу мутагенез у бактерий.

Один из них, описанный, возможно, 20 лет назад, называется SOS Regulon. Это своего рода молекулярный контур внутри некоторых бактерий, который, по-видимому, увеличивает частоту мутаций у бактерий, живущих в суровых условиях.

Обычно мы думаем о мутагенезе как о проблеме копирования, и когда клетки делятся, вы получаете мутации случайным образом. Следовательно, если вы увеличите скорость деления, вы получите больше мутаций. Однако в этом конкретном случае они наблюдали мутагенез в стационарной фазе – когда клетки начали замедляться, они видели ошибки, ползущие в клетки, которые, по-видимому, не делятся.

Это действительно интересно, потому что, если вы думаете об этом с эволюционной точки зрения, если вы сидите на тарелке, а не разделяете, потому что условия суровые, вы можете избежать мутации только благодаря мутации. и вырасти. Поэтому имеет смысл, что у бактерий должен быть своего рода механизм выживания.

<img alt=" Бактериальное сопротивление "height =" 667 "src =" http://www.news-medical.net/image.axd?picture=2020%2f6%2fshutterstock_548463832.jpg "title =" Бактериальное сопротивление "ширина = "1000" />

Изображение предоставлено: Kateryna Kon / Shutterstock.com

Как вы исследовали устойчивость к лечению?

Существует один эксперимент, который, на мой взгляд, действительно важен в этой концепции, который мы провели на ранней стадии. Мы исследовали ткани человека, подвергшиеся воздействию лекарств, опухоли человека, полученные в результате клинических испытаний, и наши собственные системы культивирования, и показали эту индукцию увеличения частоты мутаций довольно четко.

В ключевом эксперименте мы взяли клетки, которые становились резистентными, имели повышенную частоту мутаций, и удалили лекарство. Затем мы посмотрели на то, как клетки вели себя без агрессивной среды, которая вызывала увеличение частоты мутаций.

То, что мы обнаружили, было еще одним парадоксом. Клетки чувствовали себя лучше в присутствии препарата, вероятно, потому что они мутировали и, следовательно, вызывали мутации устойчивости в популяциях клеток. Эти клетки были способны выживать там, где, по большей части, они обычно вымерли от наркотиков. Но когда мы забрали лекарство, клетки хромали. Они были сильно повреждены.

Это говорит нам о том, что в отсутствие отбора эта частота мутаций или процессы, которые происходили внутри клетки, представляли собой наказание за физическую форму. Камеры приобрели недостаток.

Если вы вернетесь к первоначальной идее, увеличение частоты мутаций должно привести к штрафу за пригодность, потому что, по большей части, случайные мутации могут только что-то сломать. Это немного похоже на то, как если бы вы взяли часы, и они отлично тикают, но вы бьете их кувалдой, есть вероятность, что они не будут работать лучше. Это, вероятно, сломается.

Следствие этого также верно; Если вы возьмете сломанные часы и ударите их молотком, скорее всего, это не будет исправлено. Тем не менее, существует большая вероятность того, что сломанные часы будут зафиксированы после удара молотком, чем самопроизвольный запуск без какого-либо вмешательства. Именно такая логика действует здесь.

Итак, когда мы забрали эти лекарства, мы заметили, что эти клетки борются. Это было действительно важное наблюдение, потому что оно не только предполагало, что в суровых условиях раковые клетки переносили изменчивость, и это давало им преимущество, но в отсутствие такого выбора лекарственного средства оно фактически становилось ограничением для клеток.

Это имеет два очень важных значения. Во-первых, сопротивление – это не один процесс, а два. Вы получаете конечный продукт мутации устойчивости, которая заставляет клетки больше не реагировать на лекарство, но перед этим существует фаза, в которой клетки уязвимы, потому что у них повышенная частота мутаций. Это представляет собой терапевтическую возможность для комбинирования лекарств.

На начальном этапе существует противоречие между штрафом за пригодность для количества мутаций и преимуществом, связанным с получением устойчивых мутантов. Тем не менее, существует более длительная фаза, в течение которой изменчивость переключается обратно вниз, так что клетки снова становятся стабильными в новой адаптированной конфигурации.

То, что мы обычно наблюдаем, это последний процесс, но есть промежуток между тем, когда есть возможность сделать что-то, что остановит появление резистентных клеток.

Что такое mTOR и почему это важно для ваших результатов?

mTOR является критическим центром пути роста, который действует как датчик условий для внешнего мира. Он ощущает все: от недостатка питательных веществ до стресса в окружающей среде, кислотности, гипоксии, до прекращения роста факторов роста из-за наркотиков.

Ниже mTOR находится регуляция всей кассеты генов, которые, по-видимому, важны для репарации ДНК. Как только вы подавляете mTOR, вы увеличиваете скорость мутации или тот факт, что мутации не восстанавливаются. Мы наблюдаем это последовательно в нескольких линиях раковых клеток и в больших базах данных, а также в человеческих системах.

Еще одна особенность mTOR – это то, что он поддается наркотикам. Сейчас на рынке есть испытания и лекарства от рака, которые нацелены на mTOR.

Это действительно важно, потому что мы говорим, что если вы отключите mTOR, вы увеличите уровень сопротивления, а у нас есть лекарства, которые отключат mTOR.

Мы думаем, что эти лекарства, нацеленные на mTOR в клинике, как правило, имели краткосрочные эффекты сокращения опухоли, как вы могли ожидать, но затем мы наблюдаем объективные реакции и улучшения выживаемости без прогрессирования заболевания. Вы получаете больше времени, пока опухоль начинает расти. Однако, было реальное отсутствие исследований, которые показали влияние на общую выживаемость.

Это говорит о том, что опухоли наверстывают упущенное. После этого первоначального ответа наркотики фактически теряют почву, которую они сделали на ранней стадии ответа на лечение. И это может быть потому, что заглушение этого пути ускоряет возникновение резистентности и адаптации, а также способствует прогрессированию и эволюции рака в более агрессивное состояние.

Хотя это и не очень хорошая вещь, это объясняет некоторые интересные наблюдения за последние 15-20 лет при использовании антагонистов mTOR и антагонистов восходящего пути, пути PI 3-киназы, которые также обладают этим свойством приводит к краткосрочным, но не устойчивым преимуществам в общей выживаемости.

<img alt=" mTOR "height =" 720 "src =" http://www.news-medical.net/image.axd?picture=2020%2f6%2fmTOR-signaling-pathway-picture.jpg "title = "mTOR" width = "1280" />

Изображение предоставлено: Cusabio.com

Как секвенирование целого генома использовалось в ваших исследованиях?

Мы должны были показать, что частота мутаций увеличилась. Для этого мы провели секвенирование целого генома популяций раковых клеток, подвергаемых отбору лекарств, и мы смогли показать, что мы можем наблюдать увеличение частоты появления всевозможных мутаций в резистентных клонах, нормализованных по количеству клеток. удвоения в этих популяциях.

Это похоже на определение последовательности людей и изучение всего их разнообразия. Мы смогли показать, используя секвенирование всего генома этой популяции, что было повышенное разнообразие в резистентных популяциях, но не в исходных родительских популяциях до воздействия лекарств. Мы использовали его для этого и более детально отобразили эти паттерны мутации.

В каких раках вы показали существование этого механизма?

Мы видели предположения всего этого при саркомах, таких как липосаркома, желудочно-кишечные стромальные опухоли, меланомы, рак молочной железы и рак поджелудочной железы. Кроме того, коллеги, которые работали над отдельной статьей, недавно показали похожую вещь при колоректальном раке.

Это одна из причин, почему этот механизм важен. Это не только для одного изолированного типа рака, или для одной изолированной мишени, или для одного изолированного лекарства. Похоже, что это может иметь отношение ко многим ситуациям, с которыми сталкиваются больные раком.

Как это исследование может привести к новым терапевтическим стратегиям и улучшить выживаемость при раке?

Это очень важный вопрос. Подумайте о том, что пациент подвергается воздействию препарата, который вызывает этот двухфазный процесс резистентности. Что произойдет, если вместо того, чтобы давать лекарство самостоятельно, вы также даете ему что-то, что затем увеличивает частоту мутаций, выводя устойчивые раковые клетки из состояния, в котором они имеют повышенную частоту мутаций, которая все еще терпима, даже если это вызывает фитнес наказание, толкать их через край?

Такой подход называется синтетической летальностью. Некоторые лекарства уже используют синтетическую летальность в других ситуациях, которые мы можем использовать для разработки исследований.

Это то, что мы считаем первой терапевтической возможностью использовать – принимать лекарство с краткосрочной пользой и, комбинируя его со вторым лекарством, которое использует уязвимую фазу возникающей резистентности, продлевать его выгода.

Эта стратегия зависит от знания того, что первый препарат на самом деле стимулирует нестабильность генома, что и показали наши данные.

<img alt=" Рак поджелудочной железы "height =" 563 "src =" http://www.news-medical.net/image.axd?picture=2020%2f6%2fshutterstock_1447432922.jpg "title =" Рак поджелудочной железы "width = "1000" />

Изображение предоставлено: Kateryna Kon / Shutterstock.com

Как тестирование с использованием мышиной модели рака поджелудочной железы подкрепило ваши теории терапевтическим улучшением?

Мы проверили эту идею с помощью испытания мыши. Мы взяли рак поджелудочной железы человека в так называемом ксенотрансплантате, использовали его у мыши и лечили его препаратом, который, как мы знали, не был особенно эффективен сам по себе в клинике. Мы объединили его с одним из этих агентов, который должен вызывать синтетическую летальность.

Посредством этого мы показали, что можно значительно эффективнее увеличить усадку опухолей и, что более важно, увеличить выживаемость мышей, как мы и предсказывали. По крайней мере, это было лучшее доклиническое доказательство, которое мы могли получить до проведения испытания.

Каковы следующие шаги в вашем исследовании?

Очевидная вещь состоит в том, чтобы провести испытание, и мы планируем это испытание прямо сейчас. Мы надеемся открыть это в начале следующего года.

У нас в Гарване есть программа, которая называется MoST, молекулярный скрининг и терапия. Это испытание поиска сигнала, основанное на молекулярных биомаркерах. Мы уже обследовали тысячи пациентов, и в течение следующих нескольких лет в рамках этой программы мы будем проверять еще 3000-5000 пациентов.

То, что мы собираемся сделать, – это идентифицировать пациентов с соответствующими мутациями, а затем лечить их с помощью этого комбинированного подхода, который мы обсуждали, чтобы увидеть, будут ли идеи, которые мы видели в лаборатории, перевести в клинику.

Вторым моментом является то, что разрабатывается целый ряд лекарств, которые нацелены на восстановление ДНК и ищут место в мире. Эти агенты вполне могут найти свое место в качестве второго препарата в тех комбинациях, которые мы обсуждали. Мы думаем, что вполне могут быть разные типы геномной нестабильности, а не один тип, который убивает лекарственную устойчивость.

Несмотря на то, что мы четко продемонстрировали последовательные закономерности, мы хотели бы подробнее остановиться на них, чтобы понять, можем ли мы определить точные пути операции и есть ли какие-то тонкие различия, которые могут быть важны терапевтически , Это может привести к принятию логических решений о доступе к некоторым из этих новых лекарств, которые нацелены на другие аспекты пути восстановления ДНК.

Нужно проделать определенную работу, чтобы получить более детальный, более детальный контроль над тем, как именно проявляется стресс-индуцированный мутагенез, и, в частности, как он может относиться к лекарственной способности.

Где читатели могут найти больше информации?

Нажмите здесь, чтобы прочитать о клинических испытаниях MoST в Институте медицинских исследований Гарвана: https://www.garvan.org.au/research/genomic-cancer-medicine-program/molecular-screening-clinical-trials

О профессоре Дэвиде Томасе

Профессор Томас является главой по теме рака в Институте медицинских исследований Гарвана и директором онкологического центра Кингхорн.

Он является главным научным сотрудником NHMRC и медицинским онкологом, который занимается применением геномных технологий для понимания и лечения рака. Проф. Томас основал Австралийскую исследовательскую группу по саркоме, национальную исследовательскую организацию, и основал ведущее отделение по лечению рака у подростков и молодых людей в Австралии в онкологическом центре Питера МакКаллума. <img alt=" Профессор Дэвид Томас "height =" 270 "src =" http: // www.news-medical.net/image.axd?picture=2020%2f6%2fDavidThomas_Bio.jpg "style =" float: right; "title =" Профессор Дэвид Томас "width =" 180 "/>

Д-р. Томас возглавляет Международное исследование родственных саркомы, в настоящее время набирая из 23 центров в 7 странах, и провел первое международное исследование деносумаба в опухолях гигантских клеток, что привело к утверждению FDA и TGA.

Имеет более 150 научных публикаций, в том числе статьи ведущего или старшего автора по раковым клеткам, молекулярным клеткам, журналу клинических исследований, онкологии ланцета, онкологии JAMA и журналу клинической онкологии. После переезда в Новый Южный Уэльс он основал Австралийский центр геномной онкологической медицины, национальную программу точной медицины для пациентов с редкими и ранними формами рака.

В 2018 году он был президентом Общества онкологии соединительной ткани, крупнейшего международного органа в своей области. Он создал национальную программу в области геномной медицины – Австралийскую программу по геномной онкологической медицине – впервые объединяя основные онкологические центры в каждом штате и территории, а также три ведущие исследовательские организации Австралии (WEHI, Garvan, NHMRC CTC).

Source link