Консорциум с участием учёных НовГУ разработал метод персонализированной терапии рака лёгкого. Лаборатория НовГУ «Медицинская информатика» ведет исследования в этой области с сентября 2020 года в рамках реализации программы создания и развития центров мирового уровня. В НовГУ работы ведутся в консорциуме «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение».
Первая победа
— Первая победа была одержана, когда стало понятно — раковые клетки, извлечённые из организма, в специально созданных для них условиях способны расти, а значит, можно продолжать исследования: как воздействуют на них лекарства, — говорит заведующий лабораторией «Медицинская информатика» НовГУ доцент Владимир Макаров. — Рак — это очень сложная история. Это как космос, который каждый изучает по-своему, находя свою нишу. Одна раковая клетка — это огромный мир. Она ведёт себя вопреки законам — такой дьяволёнок, который от рук отбился.
Ранее подобный метод в борьбе с онкологическими заболеваниями не применяли. Задачей было создать персонализированную картину рака лёгкого. Для исследования взяли материалы пациентов из трёх различных клиник.
— Медики обычно руководствуются таким подходом: если у человека взяли ткань, то через 48 часов она теряет те свойства, которые присущи ей в организме человека, — рассказывает Владимир Макаров. — Однако мы решили попробовать. Взяли биопрепараты, получили набор клеток, суспензию, «клеточный бульон», постарались создать условия, чтобы они развивались.
Особый состав
Для роста раковым клеткам необходима глюкоза и кислород. Именно в поиске «пищи» клетка в организме начинает прорастать в соседние сосуды. Учёные из Московского физико-технического института разработали специальный состав под названием SANATO, в который и поместили биоматериалы. Если опыты с первыми двумя пациентами были неудачными, то затем необходимые условия были созданы. И оказалось, что в районе седьмого дня клетки, помещённые в SANATO, начинают расти и образовывать тканевую структуру. Это была первая победа.
Следующий этап — определение того, как на раковые клетки конкретного пациента действует то или иное лекарство. Сейчас для лечения рака лёгкого используются, в основном, пять различных лекарств. При этом сначала могут назначить одно, если оно не помогает — другое и так далее. На это уходят месяцы. Поместив биоматериалы в различные ячейки на планшетах с выращенной опухолью, учёные исследовали: как воздействует на них то или иное лекарство, а также та или иная его концентрация. По словам ученых, даже при правильно назначенном препарате неправильная концентрация может вызвать мутацию клетки, и она станет к нему резистентной. Начав обрабатывать клетки лекарствами на десятый день роста опухоли, через двое-трое суток учёные теперь могут сказать: какое из них, в какой концентрации в конкретном случае будет наиболее эффективно. Исследователи пришли к выводу, что метод можно использовать при подборе терапии.
Математическая модель
Наблюдая, как меняется клеточный состав, учёные разработали систему дифференциальных уравнений, описывающую изменение клеточного состава рака лёгкого. Математик Константин Кошелев из Сибирского отделения РАН на основе этих исследований смог решить предложенную ими систему дифференциальных уравнений. В результате смогли разработать математическую модель. Поведение клеток рака, а также фибробластов, макрофагов и Т-киллеров теперь описано системой уравнений, которую удалось решить.
Значения коэффициентов уравнений были получены на основе результатов экспериментов на тканях 12 пациентов. А после этого исследования тринадцатого и четырнадцатого пациентов показали, что все коэффициенты — работают.
— Действовать это должно так, — говорит Владимир Макаров. — Взяли биопсию, вырастили тканевую структуру, проверили: какое лекарство здесь подходит. И начали его применять.
Понятно, что этот метод позволит сэкономить массу критически важного в этом случае времени.
Две статьи по результатам исследований были опубликованы в ведущем научном журнале. Сейчас учёные продолжают работать над тем, чтобы увеличить статистический материал. Окажется ли их метод востребован для лечения рака лёгкого и насколько скоро — во многом зависит от системы здравоохранения.
Данный проект — не единственный из уникальных исследований, которыми занимаются в лаборатории «Медицинская информатика» НовГУ. Сейчас команда под руководством Владислава Ананьева работает над созданием нейросети, которая анализировала бы результаты гистологических исследований. Создается модель для обнаружения инвазии рака легкого в структуры, необходимые для стадирования и прогнозирования. Компьютерная программа будет полезна медикам для решения их повседневных задач, которые сейчас решаются практически «вручную» с использованием только микроскопа.