Персонализированная терапия поможет более эффективному лечению раковых заболеваний
Исследователи Международной лаборатории микрофизиологических систем факультета биологии и биотехнологии НИУ ВШЭ занимаются разработкой методов, снижающих сопротивляемость опухолевых клеток к воздействию лекарств, созданием более эффективных методов лечения рака с учетом индивидуальных особенностей пациентов. О работе лаборатории «Вышке.Главное» рассказала ее руководитель Диана Мальцева.
— Когда была создана лаборатория?
— Мы подали на конкурс проектов на создание международной лаборатории в 2019 году, и уже в январе 2020 году она была организована. Нам удалось сформировать лабораторию несмотря на начавшуюся в то время пандемию.

— Каковы главные направления деятельности лаборатории?
— Мы исследуем механизмы прогрессирования опухолевых заболеваний. Можно выделить две основные причины. Опухоль может не реагировать на химиотерапию, или под ее воздействием происходит трансформация опухолевых клеток в их более агрессивный фенотип, что может привести к повышению резистентности опухоли к химиотерапии. Вторая причина: клетки из первичного опухолевого узла распространяются по организму, начинается метастазирование. Мы изучаем, как можно повысить чувствительность опухолевых клеток к химиотерапии и как предотвратить распространение клеток опухоли по организму.
Еще одно направление нашей деятельности — разработка стратегий для персонализации лечения. Это означает, что у пациента до хирургической операции берут биопсию опухоли и в лаборатории проводят тестирование на ее чувствительность к лекарственной терапии, анализируется, какой вид терапии будет наиболее эффективным. Если в лабораторию попадает образец опухоли пациента после операции, изучают, как подавить клетки, оставшиеся в организме после ее удаления. Для этого нужны релевантные модели, отражающие рост опухоли в организме человека максимально близко к реальному.
Проблема — в быстрых изменениях клеток после их извлечения из организма. Опухоль — очень разнородная структура. Даже внутри опухолевых клеток надо сохранить гетерогенность для понимания релевантного ответа на разные препараты.
Для этого мы занимаемся созданием 3D-культур опухолевых органоидов. Важно научиться создавать и поддерживать их так, чтобы при культивировании они максимально долго сохраняли свою гетерогенность.
— Среди ключевых направлений работ лаборатории названо изучение молекулярных механизмов прогрессирования опухолевых заболеваний. Это онкология? Или вы изучаете и другие недуги, вызванные опухолями?
— У нас фокус именно на онкологии.
— Другая тема, привлекающая внимание, — преодоление сопротивляемости опухолей к химио- и таргетной терапии. Уточните, пожалуйста, что означает второй термин.
— При химиотерапии разными препаратами воздействию подвергаются все клетки организма. Например, если пациент получает 5-фторурацил, препарат попадает во все клетки и нарушает во всех клетках синтез ДНК и РНК. Опухолевые клетки делятся быстрее, они больше подвержены его действию, но опухоль может оказаться резистентна к препарату. В отличие от обычной, таргетная терапия, названная по английскому слову target (мишень), подразумевает наличие конкретной молекулы, на которую направлена данная терапия. Она должна быть экспрессирована, наиболее представлена в опухолевых клетках.
Тогда таргетная терапия может быть одним из способов повысить восприимчивость к лекарственной терапии при индивидуальном применении либо в комбинации с другими препаратами. Это предполагает выделение определенных маркеров опухоли, отличающих ее от нормальной ткани. В частности, при раке кишечника опухоль может продуцировать достаточно рецептора эпидермального фактора роста, и может применяться терапия, чтобы ослабить активность этого рецептора и таким образом подавить рост опухоли. Однако при получении пациентом такой терапии у него не должно быть определенных мутаций опухолевых клеток.
Для разных видов опухолей терапия варьируется, в случае рака молочной железы это может быть рецептор HER2. Главное, чтобы опухолевые клетки были больше подвержены такой терапии. Все пытаются найти маркеры, на которые можно было бы действовать узконаправленно.
— Насколько вы продвинулись в этом направлении?
— Вопрос — что считать продвижением. Надо разделять исследования и клиническую практику. Первые требуют подтверждения в клинике.
В лабораторных исследованиях мы выяснили, что, если при наиболее агрессивной форме рака молочной железы клетки обладают низкой экспрессией одного из генов, участвующих в метаболизме липидов, они чувствительны к ферроптозу — сценарию гибели клетки, когда чрезмерное накопление ею молекул свободного железа и связанная с ним выработка активного кислорода повреждает белки и липиды клетки. Оказалось, что обработка клеток опухоли полиненасыщенными жирными кислотами в сочетании со стандартными препаратами химиотерапии может повысить чувствительность клеток опухоли к последним. Мы также показали, что активация ферроптоза способна быть перспективной тактикой при раке мочевого пузыря для преодоления химиорезистентности.

— Как планируется разработать персонализированные практики лечения онкозаболеваний?
— Это изначально предполагает что-то свойственное конкретному человеку. Нам нужен образец его опухолевой ткани, мы должны поддерживать его в максимально неизменном виде и протестировать ответ этого фрагмента ткани на препараты, имеющиеся у врача. Чтобы максимально сохранить ткань пациента, мы занимаемся 3D опухолевыми органоидами и также стремимся приблизиться к условиям в организме человека, поскольку при культивировании во флаконах условия, в которых находятся клетки, значительно отличаются от условий в организме.
У нас есть большой проект, объединяющий три лаборатории. Мы разрабатываем микрофлюидные модели, что предполагает создание чипа, имитирующего условия роста клеток в организме человека. В литературе такие устройства также встречаются под названием «орган на чипе». Такие чипы помещаются на ладони, в них есть лунки, где выращиваются клетки отдельных органов или опухоли, и каналы, через которые подается питательная среда, а также имитируется кровоток, и мы приближаем модели к происходящему в организме.
Мы также пытаемся найти профиль экспрессии генов, чтобы ответить, будет ли эта опухоль чувствительна к тому или иному типу препаратов. Подобные тест-системы могут позволить по результатам ПЦР-теста подсказать врачу, будет ли эффективен конкретный вид терапии. В мировой практике такой подход уже успешно применяется при лечении рака молочной железы.
— Есть ли различия в распространенности рака разных органов? На каких типах (видах) онкологии вы фокусируете свое внимание?
— Распространенность рака разных органов серьезно различается. Самый распространенный тип заболевания — рак легкого, затем рак молочной железы, а далее — рак кишечника. Они различаются по смертности. Например, рак кишечника — второй по показателю смертности среди онкологических заболеваний, а рак печени — пятый по встречаемости и третий по смертности.
Если говорить о различиях между женщинами и мужчинами, то у первых наиболее распространен рак молочной железы, а у мужчин — легкого и предстательной железы, правда, последний, как правило, неагрессивный.
В нашей лаборатории мы исследуем рак кишечника и молочной железы. Также мы исследуем рак мочевого пузыря и предстательной железы и начинаем исследовать опухоли головного мозга.
— Какими достижениями лаборатории и коллег вы гордитесь?
— В первую очередь я горжусь коллегами — как взрослыми, так и молодежью, которая к нам приходит в лабораторию. Мы счастливы, что работаем с деканом факультета биологии и биотехнологии Александром Тоневицким, весной этого года ему было присуждено звание академика РАН.
Если говорить о результатах исследований, то недавно мы опубликовали статью о рецепторе CD44. Он может существовать в разных вариантах, и в нашей статье мы показали, что подавление активности одной из его изоформ может быть очень эффективным для предотвращения метастазирования рака кишечника через кровоток.
Еще один наш результат — мы внесли свой вклад в понимание фундаментального механизма образования микроРНК в клетках
МикроРНК — это короткие молекулы длиной 22 нуклеотида, влияющие на уровень экспрессии генов-мишеней, причем набор мишеней строго определяется последовательностью микроРНК. В клетках микроРНК формируются сначала в виде предшественников, проходящих затем преобразования, и мы исследовали, как структура и последовательность предшественников микроРНК влияют на их процессинг и, соответственно, на итоговую последовательность зрелой микроРНК.
Мы также изучаем механизмы сплайсинга — процесса, в результате которого из пре-мРНК гена вырезаются интроны — фрагменты, не несущие информации. При альтернативном же сплайсинге могут вырезаться и некоторые экзоны — фрагменты, содержащие последовательности белков. Таким образом, в процессе альтернативного сплайсинга из одной и той же последовательности гена могут получиться молекулы мРНК, а затем и молекулы белка с разной последовательностью. Альтернативный сплайсинг лежит в основе появления специфичных опухолевых неоантигенов (маркеров опухоли), которые стремятся найти исследователи во всем мире, чтобы затем использовать их для создания таргетной терапии.
Скоро наш аспирант планирует защищать диссертацию о разработке алгоритма предсказания сплайсинга пре-мРНК генов в опухолевых клетках. Для разработки алгоритма использовались машинное обучение и ИИ.
— С какими подразделениями Вышки и другими отечественными исследователями вы сотрудничаете наиболее активно?
— В Вышке мы сотрудничаем с факультетом компьютерных наук, особенно с Международной лабораторией статистической и вычислительной геномики Владимира Щура. Мы также активно взаимодействуем с клиническими центрами, с Онкологическим институтом имени Герцена, с Национальным медицинским исследовательским центром радиологии. Недавно мы подписали соглашение с Национальным медицинским исследовательским центром детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева об исследовании опухолей мозга у детей.
— Среди ваших партнеров — многие известные европейские институты и клиники. Как сейчас складывается международное сотрудничество?
— Мы вели интенсивные работы с исследователями Университетской клиники Гамбурга и Технического университета Берлина. Сейчас они, к сожалению, приостановлены. Однако мы начали сотрудничать с Индией и недавно заключили соглашение с пекинским Университетом Цинхуа. Мы планируем развивать совместные исследования микроРНК, возможности их использования в прогностических целях.
— Как научно-практические достижения лаборатории применяются в учебном процессе?
— У нас действуют научно-практические семинары, на которых мы вовлекаем студентов в решение практических научных задач, и есть дисциплина «Молекулярная онкология». Евгения Степанова, читающая этот курс, участвует в деятельности лаборатории.
— Насколько активно в ее деятельности участвуют молодые сотрудники — студенты-старшекурсники и аспиранты Вышки?
— Очень активно. Регулярно пять и более студентов бакалавриата работают и потом остаются в магистратуре и аспирантуре. В проекты, которыми мы гордимся, мы вовлекли наших молодых коллег, студентов и аспирантов.
Вам также может быть интересно:
Как продлить человеческую жизнь и активное долголетие
Исследования молекулярных механизмов долголетия дают возможность изучить вероятность существенного увеличения продолжительности жизни, в том числе активного долголетия, когда пожилые люди сохраняют трудоспособность и социальные связи. О деятельности Лаборатории исследований молекулярных механизмов долголетия «Вышка.Главное» побеседовала с ее руководителем Максимом Шкурниковым.
Пространство экономических экспериментов: как прошел воркшоп для молодых исследователей
В начале сентября обновленная Лаборатория поведенческой экономики и финансов (ЛПЭФ) провела первый воркшоп для молодых исследователей. Главной особенностью стала опора каждого доклада на результаты лабораторных экономических экспериментов. В частности, ученые рассказали о том, что люди считают справедливой сделкой, как лучше мотивировать сотрудников и как гены влияют на желание сотрудничать и помогать другим. Все заинтересованные студенты и аспиранты были приглашены к сотрудничеству с лабораторией.
«Мы ищем там, где много неизвестного»
Вычислительные методы анализа древних и современных геномов позволяют исследовать процесс формирования генетического разнообразия популяций, изучать историю их перемешиваний и миграций, прослеживать формирование адаптации к окружающей среде. Международная лаборатория вычислительной и статистической геномики НИУ ВШЭ использует математические подходы и генетические данные для решения широкого спектра задач в различных областях — от антропологии и эпидемиологии до криминалистики. Новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с заведующим лабораторией Владимиром Щуром о ее работе.
Большие группы студентов эффективнее используют ИИ в обучении
Исследователи Института образования и факультета экономических наук НИУ ВШЭ узнали, от каких факторов зависит качество групповой работы студентов, когда они выполняют ее в сотрудничестве с ИИ. Оказалось, что, помимо уровня знаний команды, важен размер группы: чем она больше, тем эффективнее работа. Статья ученых опубликована в журнале Innovations in Education and Teaching International.
«Биотех бурлит во всем мире, его кривая роста опережает развитие компьютерных технологий»
Более пяти лет в НИУ ВШЭ действует Международная лаборатория биоинформатики факультета компьютерных наук. За это время ее ученые добились значительных научных результатов. Здесь разработан уникальный в мировой практике тест «Кардиожизнь», позволяющий прогнозировать вероятность проявления сердечно-сосудистых заболеваний. С привлечением студентов и аспирантов Вышки ведутся исследования для создания лекарств нового поколения. Заведующая лабораторией Мария Попцова рассказала о ее работе в интервью новостной службе «Вышка.Главное».
Аспирантку НИУ ВШЭ наградили за лучший доклад на 58-й конференции Societas Linguistica Europaea
С 26 по 29 августа в Бордо (Франция) состоялась крупнейшая ежегодная конференция по лингвистике Societas Linguistica Europaea, в которой приняли участие аспиранты и исследователи из НИУ ВШЭ. Работа Елены Шведовой “Lability drift in Modern Aramaic languages” была высоко оценена членами экспертного сообщества и заняла первое место среди докладов аспирантов. О своем исследовании и самой конференции Елена рассказала в интервью новостной службе «Вышка.Главное».
Психолингвисты из НИУ ВШЭ создали приложение для диагностики дислексии у детей
Специалисты Центра языка и мозга НИУ ВШЭ представили новый цифровой инструмент для диагностики дислексии у младших школьников — «ЛексиМетр». Это первое в России стандартизированное приложение, которое позволяет быстро и надежно оценивать навыки чтения у детей и выявлять дислексию либо ее риск. Программа доступна на платформе RuStore и работает на планшетах с операционной системой Android.
Нейросеть научили предсказывать кризисы на фондовом рынке России
Экономисты из ВШЭ разработали нейросетевую модель, способную за сутки до события с точностью более 83% предупредить о приближении краткосрочного фондового кризиса. Модель работает даже на сложных, несбалансированных данных и учитывает не только экономические показатели, но и настроение инвесторов. Работа сотрудников Центра финансовых исследований и анализа данных ФЭН ВШЭ Тамары Тепловой, Максима Файзулина и Алексея Куркина опубликована в журнале Socio-Economic Planning Sciences.
«Человеческое существование без математики сегодня трудно, а завтра будет просто невозможно»
Математики всего мира говорят на одном языке и продолжают сотрудничество, несмотря на сложности последних лет. Центр их общения перемещается в Китай, где ученые разных стран встречаются на конференциях и других научных мероприятиях. Сотрудничество с ведущими китайскими университетами перспективно для продолжения прежних и организации новых контактов. Об этом, а также о том, что такое ИИ и почему государство должно сотрудничать с математиками, новостной службе «Вышка.Главное» рассказал заведующий Международной лабораторией зеркальной симметрии и автоморфных форм НИУ ВШЭ Валерий Гриценко.
Новые модели изучения заболеваний: от чашки Петри до органов-на-чипе
Биологи из НИУ ВШЭ совместно с исследователями из НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова используют новейшие микрофлюидные технологии для изучения преэклампсии — одного из самых опасных осложнений беременности, которое угрожает жизни и здоровью матери и ребенка. В статье, опубликованной в BioChip Journal, они рассмотрели современные клеточные модели, включая передовые технологии «плацента-на-чипе», позволяющие глубже понять механизмы заболевания и разработать эффективные лекарства.