Kак медицина будет бороться с раком в будущем

Война со случайностями — как медицина будет бороться с раком в будущем

В последние 10-15 лет ученые совершили гигантский прорыв в понимании того, что собой представляет рак, и разработали десятки новых методов диагностики и уничтожения раковых опухолей, которые попадут в медицинскую практику совсем скоро, максимум через десятилетие.
По текущей статистике ВОЗ, рак ежегодно уносит жизни 8,2 миллионов жителей планеты, что составляет примерно 13% от общего числа смертей и что выше, чем число смертей от ишемической болезни сердца и инсультов, двух главных «лидеров» в числе смертей после рака. Львиную долю смертей вызывают всего пять форм рака — рак легких, печени, желудка, прямой кишки и груди. В ближайшее десятилетие, по прогнозам медиков, частота заболеваемости раком вырастет на 70%.
До начала 1990-х на Западе и середины 2000-х годов в России у медиков почти не было надежных способов понять, что у человека появился рак, и начать лечить его на ранних стадиях, применяя относительно щадящие методы удаления опухоли.
По этой причине усилия молекулярных биологов, биотехнологов и нанотехнологов были направлены на создание методов ранней диагностики рака и его относительно безопасного лечения. В этом им помог гигантский прорыв в биологии и прочих науках о жизни, свидетелями которого мы стали. В частности, за минувшие 15 лет человечество расшифровало свой геном, научилось «вставлять» и «удалять» из него отдельные фрагменты, скручивать ДНК в «оригами» и создавать искусственные белки и прочие биомолекулы.

Атмосфера клеточной ненависти

Появление рака является случайным процессом — раковые клетки возникают в результате накопления мутаций в наборах генов, которые «отключают» системы клеточной самодиагностики и починки ДНК и приводят к тому, что подобные мутанты «забывают» свою роль и функции в организме и начинают бесконтрольно размножаться.
В последние годы ученые выяснили, что подобные мутации не проходят бесследно для клеток — работа многих частей, и даже то, как они выглядят, из чего они состоят и насколько горячи они, заметно меняется. Это, как показывают опыты последних десяти лет, можно использовать для поиска даже единичных раковых клеток в организме и их уничтожения.
К примеру, одной из главных отличительных особенностей раковых опухолей является то, что они гораздо теплее, чем наш организм — раковые клетки постоянно делятся и ведут «активный образ жизни», в результате чего они нагреваются до 40-42 градусов. Это, как показали ученые, можно использовать для того, чтобы «наводить» на них особых бактерий-«ищеек», которые запрограммированы природой на поиск источников тепла в среде обитания, и «подсвечивать» опухоль при помощи флуоресцирующих веществ или радиоизотопов.
Лаборант проводит цитологическое исследование при помощи бинокулярного микроскопа с фотонасадкой и компьютерной обработкой изображения.Фото: Юрий Стрелец/РИА Новости Опыты на крысах, проведенные ирландскими учеными в 2013 году, показали, что подобные бактерии способны находить все типы раковых опухолей, поражающих тело человека, и отыскивать даже небольшие очаги развития рака. Если таких микробов начинить наночастицами, нагревающимися при облучении лазером, то тогда их можно использовать в дальнейшем не только для обнаружения, но и «выжигания» рака, не повреждая при этом другие ткани организма. Альтернативный вариант «боевой начинки» подобных бактерий, испытанный учеными — радиоактивные вещества, при помощи которых исследователи уничтожили опухоль поджелудочной в теле мышей.
Другая отличительная особенность раковых клеток, найденная в последние годы, — их прожорливость. Они потребляют гораздо больше питательных веществ и кислорода, чем нормальные клетки, благодаря чему создают вокруг себя «атмосферу ненависти», выделяя большое количество продуктов жизнедеятельности и различных агрессивных молекул, мешающих клеткам иммунной системы проникнуть в очаг опухоли.

отличительная особенность раковых клеток, найденная в последние годы, — их прожорливость

Подобное свойство оказалось одной из «ахиллесовых пят» рака. К примеру, три года назад биологи из университета Северной Каролины выяснили, что многие виды раковых клеток содержат в себе аномально большое число молекул АТФ. Это соединение, аденозинтрифосфат, играет роль «энерговалюты» клеток, питающей почти все процессы внутри них.
Биологи научились измерять концентрацию АТФ при помощи наночастиц и использовать их для доставки молекул лекарств в окрестности опухоли, где эти лекарства «выпускались» на волю и начинали убивать раковые клетки. Опыты, которые ученые проводили на грызунах, показали, что наночастицы примерно в четыре раза повышали эффективность химиотерапии, что заметно снижало урон, который препараты наносили здоровым клеткам.
Аналогичный подход — ввод лекарств при помощи наночастиц, способных отличать раковые и здоровые клетки, — другая группа ученых из США использовала для того, чтобы останавливать рост раковых клеток, вводя в них особые молекулы РНК, «отключавшие» гены роста клеток. При их помощи им удалось излечить крыс от рака кожи и нескольких других видов опухолей.
На сегодня подобная методика борьбы и диагностики рака является самой перспективной и отработанной, и появление первых одобренных препаратов на основе наночастиц можно ожидать уже в ближайшие два-три года.
Еще более интересным выглядит открытие биологов из Стэнфорда — в 2012 году они раскрыли секрет «невидимости» раковых клеток, защищающий их от внимания нашей иммунной системы. Оказалось, что они используют особые молекулы CD47 на поверхности макрофагов и других иммунных клеток, чтобы убедить их в том, что они являются «своими», и тем самым ускользать от их внимания.
Если эти молекулы заблокировать, то тогда иммунные клетки перестают воспринимать рак как нормальную часть организма и начинают уничтожать опухоли. Опыты показали, что подобный подход работает как минимум на семь типов опухолей, что делает его одним из самых перспективных способов избавления от рака как феномена.
Не стоит думать, что подобными изысканиями занимаются только на западе — в последние годы ученые из МФТИ и Института биохимии РАН так же внесли большой вклад в разработку систем по «поимке» раковых клеток, подсветке опухолей и их удалению.

«Удочка» для раковых клеток, нос собаки и сыротерапия

Помимо «хайтека» в виде наночастиц, ученые сегодня пытаются приспособить для поиска и лечения рака и те способы, которые природа разрабатывала на протяжении последних нескольких десятков и даже сотен миллионов лет.
К примеру, Гарвардские молекулярные биологи обратили свое внимание на щупальца медуз — их необычная структура помогает этим обитателям моря захватывать мельчайший планктон, икринки рыб и ракообразных. Они повторили их структуру на микроуровне, используя нити ДНК в качестве строительного материала для «щупальцев» датчика раковых клеток.
Эксперименты на образцах крови раковых больных показали, что «наномедуза» вылавливает 60-80% раковых клеток. Это в 10 раз больше, чем удавалось достичь другим аналогичным приборам. Ученые из Северо-Восточного университета Бостона пошли еще дальше и создали особые «удочки» из углеродных нанотрубок. Они могут ловить не только клетки, но и отдельные молекулы, которые производятся в раковых опухолях.
Голый землекопФото: DPA/ТАСС Особую надежду несет изучение организма голых землекопов — африканских грызунов, которые обладают невероятной стойкостью к раку. Недавно ученые раскрыли секрет этой стойкости — их клетки защищаются от мутаций при помощи большого количества молекул «тяжелой» гиалуроновой кислоты, удаление которой из организма приводит к быстрой потере «неуязвимости» и развитию злокачественных опухолей. Эта же молекула и защита от рака могут быть связаны с невероятно большой продолжительностью жизни у голых землекопов.

Особую надежду несет изучение организма голых землекопов — африканских грызунов, которые обладают невероятной стойкостью к раку

Необычными противораковыми свойствами, как показали опыты три года назад, обладает грейпфрутовый сок и корка грейпфрутов — в них, как оказалось, содержатся особые жировые молекулы, которые можно использовать для «упаковки» молекул химиотерапии и их доставки в опухоль. Это, по словам ученых из американского университета Луисвилля, снижает токсичность лекарств в три раза и повышает их действенность аналогичным образом.
Кроме того, совсем недавно биологи из университета штата Мичиган обнаружили, что сырная плесень содержит в себе природное антираковое вещество. Это соединение, белок низин, в сверхвысоких концентрациях способен уничтожать до 70-80% раковых клеток и заметно замедлять рост опухолей.
Около семи лет назад бразильские биологи совершили удивительное открытие — они выяснили, что яд местной осы Polybia paulista может уничтожать раковые клетки, буквальным образом выворачивая их на изнанку, но при этом не убивая их здоровых соседей. В ходе последующих опытов ученые установили, что он способен бороться с раком крови, простаты и мочевого пузыря, но при этом долго не могли понять, как работает это вещество, что мешало его клиническому применению.
Только в прошлом году британские биохимики раскрыли «киллерский» секрет этого яда — оказалось, что его молекулы настроены на уничтожение клеток с особой структурой жировой оболочки, характерной для раковых клеток. Можно ожидать, что в ближайшее время синтетические аналоги яда Polybia paulista станут заменой для химиотерапии.
Помимо имитации «изобретений» природы и использования ее «ноу-хау» в борьбе с раком, ученые сегодня пытаются понять, могут ли собаки, как заявляют отдельные группы исследователей, унюхать рак в образцах мочи и даже в дыхании человека. На этот счет есть множество разных мнений, многие исследователи отрицают такую возможность, и пока мы можем говорить только о том, что «лучшие друзья человека», в теории, могут нам помочь определять то, есть ли рак у человека или нет.
А вот дискредитированный в прошлом витамин С, похоже, на самом деле обладает сильнейшими противораковыми свойствами. Примерно 30 лет назад Лайнус Полинг предложил использовать его в качестве средства для защиты от рака, но его идеи не нашли экспериментального подтверждения.
Лайнус Полинг В ноябре прошлого года, однако, картина резко поменялась — оказалось, что неудачи в применении идей Полинга объяснялись неправильной дозировкой: витамин С для борьбы с раком нужно вводить в «лошадиных» количествах.
Опыты на мышах показали, что однократное введение витамина С, соответствующее его количеству в 200 апельсинах, останавливает рост опухолей в кишечнике и даже убивает часть из них, в том числе и те, которые не поддавались химиотерапии. Его действие связано с тем, что витамин С способствует выработке пероксида водорода, убивающего раковые клетки, и одновременно блокирует транспортировку глюкозы в клетки, тем самым лишая их пищи.
Другой дар природы человечеству — обычный аспирин и его производные — обладает схожим, хотя и менее выраженным действием. Десятки экспериментов, проведенные в последние пять лет, показывают, что прием аспирина перед химиотерапией и после нее повышает шансы на выживание на 20-30%, а его добавление в курс иммуннотерапии в разы усиливает ее эффективность.
Иммунотерапия, в свою очередь, является одним из самых новых и перспективных способов борьбы с раком, только два года назад исследователи начали воспринимать ее всерьез. Ее идея проста — ученые берут иммунные клетки пациента, размножают их и пытаются «натравить» на культуру раковых клеток из опухоли, а затем возвращают назад в организм.
Подобная дрессировка может производиться разными способами — путем прямого взаимодействия с раком, при помощи ретровируса, вставляющего «инструкции» по поимке рака в иммунные клетки, или же путем ввода болезнетворных микробов в опухоль, что заставляет иммунитет проникнуть в нее и уничтожить рак вместе с бактериями.

Что ждать дальше?

Создание множества инструментов для поиска и уничтожения рака на самых ранних стадиях развития дает нам надежду на то, что в ближайшем будущем, через 10 лет или позже, человечество наконец-то начнет побеждать в борьбе с существующими сегодня формами рака. Ну а сегодня ученые рекомендуют отказываться от тактики «массированного возмездия» в применении химиотерапии и вводить ее с перерывами для достижения максимальной эффективности за счет подключения иммунной системы к борьбе с раком.
Кроме того, как показывают масштабные наблюдения за здоровьем сотен тысяч людей, шансы на развитие рака можно уменьшить на 30-60%, если придерживаться простых правил — минимизировать потребление жирной пищи, отказаться от курения и других вредных привычек и принимать пищу с большим количеством антиоксидантов и других веществ, снижающих вероятность повреждения ДНК в наших клетках.
С другой стороны, рак вряд ли исчезнет как проблема. Раком, как недавно выяснили палеонтологи, страдали даже неандертальцы, и его существование сегодня вряд ли было обусловлено загрязнением окружающей среды и прочими негативными «дарами» цивилизации.
Пациент во время химиотерапииФото: imago/Xinhua/ТАСС Само существование рака и его распространение по популяции, как считают многие ученые, связано с тем, что человек сегодня живет заметно дольше, чем в прошлом, что позволяет многим проблемам, связанным с дряхлением организма, — нейродегенеративным заболеваниям, раку и прочим болезням — все дальше продвигаться в рейтингах ВОЗ по причинам смерти. Старение населения планеты может привести к появлению еще более серьезных форм рака, о которых мы пока и подумать не можем.
Особую угрозу представляют собой относительно новые для нас формы рака, которые в буквальном смысле заражают животных уже несколько десятков тысяч лет. К примеру, в 1990-х годах экологи на острове Тасмания обнаружили, что знаменитые тасманийские дьяволы вымирают из-за заразного рака DFTD, которым животные заражаются, кусая друг друга. В начале 2014 года биологи выяснили, что аналогичная болезнь собак — заразная венерическая саркома — существует уже более 10 тысяч лет. Совсем недавно американские биологи обнаружили, что аналогичная эпидемия существует среди моллюсков у берегов США, которые вымирают из-за заразной формы лейкемии.

Особую угрозу представляют собой относительно новые для нас формы рака

Конечно, никаких подобных форм рака среди людей не существует, и здоровью человечества в целом они пока не угрожают. С другой стороны, существование заразных форм рака сразу среди трех разных видов животных, два из которых не страдают от генетического вырождения, свидетельствует о том, что развитие такой эпидемии в принципе возможно, и что подобные вещи часто происходят на Земле.
Кроме того, «эволюции» рака могут поспособствовать другие факторы. К примеру, в прошлом году медики из Колумбии открыли крайне необычную форму «раковой опухоли» в организме ВИЧ-инфицированного, возникшую в результате проникновения яиц червя-паразита внутрь организма и роста их клеток в тканях легких и лимфатических узлов. Биологи всерьез рассматривают возможность того, что такие опухоли могут распространяться по странам Африки, где уровень зараженности ВИЧ может достигать 10-20% от общей численности населения, а черви-паразиты встречаются почти везде. И сегодня никто из ученых не может предсказать, насколько быстро человечество сможет справиться с новыми видами рака.