Harvard Araştırmacıları, Kolorektal Kansere Benzeri Olmayan Bir Bakış Açığını Açıkladı – apk haber

Bilim adamları, hastalığın dinamiklerini daha iyi anlamak için kapsamlı kolorektal kanser haritaları oluşturuyorlar.

Amerika Birleşik Devletleri’nde 45 yaşına ulaşmak, pek de hoş olmayan bir geçiş töreninin başlangıcını işaret ediyor – düzenli kolonoskopilerin başlatılması. Bu işlemler sırasında, kolonu herhangi bir kanser belirtisi açısından incelemek için ışık ve kamera ile donatılmış bir endoskop kullanılır. Kolorektal kanser nispeten yavaş ilerlemesine rağmen erken yakalanırsa ameliyatla tedavi edilebilir. Ne yazık ki, çok uzun süre tespit edilmeden bırakılırsa tedavisi daha zor hale gelir ve onu ülkedeki kansere bağlı ölümlerin dördüncü önde gelen nedeni haline getirir.

Bu son derece görsel tarama sürecinin mevcudiyetine rağmen, bireysel hastalar için tedavi kararları hala büyük ölçüde geleneksel histoloji tarafından yönlendirilmektedir – patologlar kolorektal kanseri, tümör numunelerinin slaytlarını mikroskop altında inceleyerek değerlendirmektedir.

Şimdi, Harvard Tıp Okulu’ndaki bir ekip, kolorektal kanserin büyük ölçekli 2D ve 3D uzamsal haritalarını oluşturmak için histolojiyi en yeni tek hücreli görüntüleme teknolojileriyle birleştirdi. bölümünde açıklanan haritalar Hücrekanserin yapısı ve ayrıca nasıl oluştuğu, ilerlediği ve bağışıklık sistemi ile etkileşime girdiği hakkında yeni bilgiler sağlamak için histolojik özelliklerin üzerine kapsamlı moleküler bilgiler katar.

Otto Krayer Sistemler Profesörü eş-kıdemli yazar Peter Sorger, “Yaklaşımımız, 150 yıllık teşhis patolojisine moleküler bir pencere sağlıyor ve geleneksel olarak izole edildiği düşünülen birçok öğe ve yapının aslında beklenmedik şekillerde birbirine bağlı olduğunu ortaya koyuyor” dedi. HMS’deki Blavatnik Enstitüsünde farmakoloji. “Bir benzetme, daha önce filin sadece kuyruğuna veya ayağına bakarken, şimdi ilk kez tüm fili aynı anda görmeye başlayabilmemizdir.”

Haritalar, ekibin, Ulusal Kanser Enstitüsü’nün İnsan Tümör Atlası Ağı’nın bir parçası olarak bilimsel topluluğa ücretsiz olarak sunulacak farklı kanser türleri için atlaslar oluşturma çabalarının bir parçasıdır. Daha önce, araştırmacılar erken evre melanomun derinlemesine haritalarını oluşturmak için benzer bir yaklaşım kullandılar ve diğer kanserler için haritalar zaten geliştiriliyor. Nihayetinde ekip, bu kanser atlaslarının araştırmaları ilerleteceğini ve teşhis ve tedaviyi iyileştireceğini umuyor.

Eski ve yeniyi birleştirmek

Histoloji, uzun süredir kanser teşhisi ve tedavisinin temel taşı olmuştur: Patologlar, hematoksilen ve eozin (H&E) ile boyanmış bir tümör örneğini mikroskop altında inceler ve kanserin derecesini ve evresini belirlemek için temel özellikleri seçer. Bu bilgi, onkologlar tarafından genellikle ameliyat, ilaç ve radyasyonun bazı kombinasyonlarını içeren bir tedavi planı geliştirmek için kullanılır. H&E tabanlı histoloji nispeten basit, ucuz, hızlıdır ve bir tümör hakkında çok şey ortaya çıkarabilir.

HMS sistem biyolojisi profesörü ve doçent eş-kıdemli yazar Sandro Santagata, “Mevcut kolorektal kanser haritalarımız patolojiden kaynaklanmaktadır – 150 yıl boyunca, bir hastayı teşhis etmek için en önemli H&E özelliklerini bulduk” dedi. Brigham ve Kadın Hastanesi’nde patoloji profesörü.

Bununla birlikte, geleneksel histolojinin sınırları vardır – yani bir kanserin moleküler yapısını veya fiziksel yapısını yakalayamaz, bu da kanser araştırmacılarının son 50 yılda edindiği bilgilerden tam olarak yararlanmayı zorlaştırır.

Sorger, “Histoloji son derece güçlüdür, ancak modern moleküler terimlerle ne anlama geldiğini genellikle bilmiyoruz” dedi.

Yeni makalede, araştırmacılar histolojiyi, siklik immünofloresan veya CyCIF adı verilen çok katlı bir görüntüleme tekniği ile elde edilen tek hücreli moleküler görüntüleme verileriyle birleştirdiler. Bu bilgiyi, geniş kolorektal kanser bölgelerinin ayrıntılı 2 boyutlu haritalarını oluşturmak için kullandılar. HMS’deki Sistem Farmakolojisi Laboratuvarı platform direktörü olan ilk yazar Jia-Ren Lin, bir tümörün büyük ölçekli bir 3D rekonstrüksiyonunu oluşturmak için bu haritaları birleştirme çabasına öncülük etti.

Santagata, “Haritalarımız, büyük tümör parçalarından yaklaşık 100 milyon hücre hakkında bilgi içeriyor ve kolorektal kansere eşi benzeri görülmemiş bir bakış sağlıyor” dedi. Araştırmacıların normal ve tümör dokuları arasındaki farklar ve bir tümör içindeki varyasyon hakkında önemli sorular sormaya başlamasına izin veriyorlar ve “daha önce hiç gözlemlenmemiş heyecan verici mimari özelliklerin yanı sıra bu özelliklerle ilişkili moleküler değişiklikleri” ortaya çıkarıyorlar.

Haritalar, tek bir tümörün giderek daha az invaziv bölümlere ve az ya da çok habis görünen bölgelere sahip olabileceğini gösterdi; bu da tümörün bir bölümünün diğerine geçiş yaptığı histolojik ve moleküler gradyanlara neden oldu.

Santagata, “Her tümörün içinde, kolorektal kanserin çok çeşitli özellikleri vardır – farklı özelliklere sahip birçok farklı bölge ve mahallenin yanı sıra aralarındaki geçişleri görüyoruz” dedi. Buradan, bilim adamlarının artık bireysel tümörlerdeki bu farklılıkları neyin tetiklediğini keşfedebileceğini ekledi.

Örneğin, haritalar, bağışıklık ortamlarının tek bir tümör içinde önemli ölçüde değiştiğini gösterdi.

Sorger, “Tek bir tümörde, tümörler arasında olduğu kadar farklıydılar – bu önemlidir, çünkü tümör-bağışıklık etkileşimleri, immünoterapi ile hedeflemeye çalıştığınız şeydir.” Dedi. Araştırmacılar, melanomdaki bulgularına benzer şekilde, kanserle savaşmakla görevli T hücrelerinin doğrudan tümör hücreleri tarafından değil, tümör çevresindeki çevredeki diğer bağışıklık hücreleri tarafından baskılandığını gözlemlediler.

Santagata, “Bu bize tümör ortamlarının ne kadar çeşitli ve esnek olduğu konusunda yepyeni bir takdir veriyor – bunlar zengin topluluklar ve şimdi nasıl geliştiklerini anlamak için daha donanımlıyız” dedi.

Haritalar ayrıca tümörlerin mimarisine dair yeni bilgiler sağladı. Örneğin, bilim adamları daha önce, içinde kanser hücrelerinin kümelerinin yüzdüğü müsin adı verilen mukus benzeri bir maddenin 2B havuzları olduğunu düşündüklerini tanımlamışlardı. Bununla birlikte, yeni çalışmada, 3 boyutlu rekonstrüksiyon, bu müsin havuzlarının aslında, kanser hücrelerinin parmak benzeri çıkıntıları ile kanallarla birbirine bağlı bir dizi mağara olduğunu ortaya çıkardı.

Santagata, “Daha önce hiç takdir etmediğimiz bu tümör yapılarına vahşi, yeni bir bakış” dedi. “Onları 3 boyutlu olarak görebildiğimiz için, yapıların net ve temiz bir görüntüsüne sahibiz ve artık neden orada olduklarını, nasıl oluştuklarını ve tümör evrimini nasıl şekillendirdiklerini inceleyebiliyoruz.”

Sonuçlar çevriliyor

Sonuç olarak, bu kolorektal kanser haritalarının amacı, ekibin geliştirmekte olduğu tüm kanser atlasları ile aynıdır: araştırmayı ilerletmek ve teşhis ve tedaviyi iyileştirmek. Sorger, terapiyi her bir hastanın kanserine göre uyarlamayı içeren hassas tıbbın tedavinin giderek daha önemli bir parçası haline geldiğini, ancak yalnızca patoloji ve genetikle ancak bir yere kadar gidebileceğini belirtti.

“Buradaki büyük çeviri öyküsü, hassas tıbbı çoğu hasta için pratik hale getirecek bilgiyi oluşturmaktır” dedi. “Şu anda yöntemlerimizin klinik bir ortamda nasıl kullanılabileceğini belirlemek için Brigham and Women’s ve Dana-Farber Kanser Enstitüsü ile birlikte çalışıyoruz.”

Santagata, “Bu, teşhis ve prognostik bilgi sağlayacağını ve bu kanserleri hedefleme yeteneğimizi geliştireceğini düşündüğümüz ek bir moleküler ve yapısal özellikler katmanı çıkarmamıza izin veriyor” diye ekledi.

Şimdi araştırmacılar, tümörlerin 3 boyutlu rekonstrüksiyonlarını oluşturma yeteneklerini daha da geliştirmek ve yeni görüntüleme teknolojilerini haritalarına entegre etmeye devam etmek istiyorlar. Ayrıca, haritalama için kolorektal kanser örneklerinden oluşan daha büyük bir kohort oluşturmak ve haritalarının vurguladığı hastalığın temel biyolojisini keşfetmek istiyorlar.

Sorger için proje, patologlar, mühendisler ve hesaplamalı bilim adamları arasındaki alışılmadık bir işbirliğini temsil ediyor: Görüntüleme verileri geldikçe, hesaplamalı bilim adamları[{” attribute=””>machine learning to identify interesting findings that they presented to the pathologists, and the pathologists flagged key features to be parsed with machine learning.

“This was an extraordinarily close conversation between the computational group and the pathology group, going back and forth between the rich history of medicine known to pathologists and modern machine learning methods,” Sorger said. “I think it’s an exciting glimpse of how these computation methods can be used in medicine in the future, wherein you tightly couple biologists and physicians with computation, rather than seeing them as replacements for each other.”

The team chose melanoma and colorectal cancer as a starting point because they are common cancers with unmet medical needs that consist of large, solid tumors and require important treatment decisions. Next, the researchers plan to tackle breast cancer and brain cancer. They also want to train other scientists to use the imaging technologies to build their own cancer maps, which would pave the way for the creation of even more atlases.

“A new era in molecular pathology is beginning, and this is a deep look at a tumor that is showing us how remarkable the findings can be,” Santagata said.

Reference: “Multiplexed 3D atlas of state transitions and immune interaction in colorectal cancer” by Jia-Ren Lin, Shu Wang, Shannon Coy, Yu-An Chen, Clarence Yapp, Madison Tyler, Maulik K. Nariya, Cody N. Heiser, Ken S. Lau, Sandro Santagata and Peter K. Sorger, 19 January 2023, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.12.028

The study was funded by the National Institutes of Health, Ludwig Cancer Research, the Gray Foundation, and the David Liposarcoma Research Initiative.

Sorger is on the board of directors of Glencoe Software and Applied BioMath, the scientific advisory board for RareCyte, NanoString, and Montai Health and is a consultant for Merck. Chen is a consultant for RareCyte.