Гутьеррес, ныне научный сотрудник Отделения гематологии / онкологии, поставил перед собой задачу выяснить, почему лечение лейкемии помогает одним пациентам вылечить, а другим – нет. И в сегодняшнем выпуске Cancer Cell он и 15 коллег сообщают о прогрессе по двум важным направлениям: они проливают свет на то, как лейкозные клетки становятся устойчивыми к лекарствам, и описывают, как два препарата, используемые в комбинации, могут преодолеть эту устойчивость, давая новую надежду тысячам людей. детей и взрослых с лейкемией.
Рак крови
Самая распространенная форма рака у детей и подростков, лейкемия поражает кровь и костный мозг, где вырабатывается большинство клеток крови.
Существует много типов лейкемии, по-разному влияющих на разные клетки крови, но все они начинаются с генетической мутации, которая приводит к быстрому росту клеток. По мере размножения лейкозных клеток они вытесняют нормальные клетки, не позволяя им выполнять свои функции в организме.
Без успешного лечения лейкоз может привести к анемии, сильной усталости, ослаблению иммунной системы и, в конечном итоге, к смерти.
В последние десятилетия наблюдается устойчивый прогресс в лечении лейкемии.
Сегодня около 64 процентов всех пациентов – и около 80 процентов детей – живут пять и более лет после постановки диагноза. Но некоторые пациенты просто плохо реагируют на лечение.
«Наш подход к этим пациентам заключался в том, чтобы повысить интенсивность терапии. По сути, мы доводим детей до грани смерти, а затем даем им выздороветь », – говорит Гутьеррес. "Этот подход дал нам долгий путь, но я действительно думаю, что сейчас мы достигли предела."
Раскрытие тайны лекарственной устойчивости
Чтобы выйти за этот предел, потребуется раскрыть тайну лекарственной устойчивости, которая встречается примерно у 20 процентов детей с лейкемией и более чем у 50 процентов взрослых.
Это главная причина, по которой лейкемия все еще убивает.
Подобно хорошо известной проблеме устойчивости микробов к антибиотикам, лекарственная устойчивость лейкемии – это эволюция в действии. Когда пациент начинает лечение, лекарство часто убивает большую часть лейкозных клеток.
Однако случайно небольшое количество клеток может иметь генетическую мутацию, которая делает их невосприимчивыми к действию препарата. Благодаря естественному отбору – «выживанию наиболее приспособленных» – эти устойчивые клетки размножаются, заменяя своих уязвимых собратьев и в конечном итоге делая лекарство бесполезным для этого пациента.
В некоторых случаях резистентность очевидна с первого дня, потому что все лейкозные клетки уже оснащены генами устойчивости. "Когда вы видите один из этих случаев, это очень драматично", – говорит Гутьеррес. "Нет ответа на лечение."
До сих пор, как это происходит на молекулярном уровне, оставалось загадкой.
Какие конкретные генетические изменения придают устойчивость лейкозным клеткам и как эти изменения позволяют им отказаться от лекарств?? Чтобы понять это, Гутьеррес и его коллеги сосредоточились на одном из основных методов лечения детской лейкемии – лекарстве под названием аспарагиназа и его влиянии на аминокислоту под названием аспарагин.
Спаржа и аминокислоты
Аспарагин (впервые выделенный из сока спаржи) – одна из 20 аминокислот, которые человеческие клетки используют в качестве строительных блоков для создания белков, которые выполняют большую часть жизненных функций.
В то время как определенные аминокислоты должны полностью усваиваться из пищи, аспарагин – это то, что нормальные здоровые клетки могут строить из других молекул. Но по причинам, которые до конца не изучены, лейкозные клетки обычно не могут этого сделать. Они должны абсорбировать аспарагин из кровотока.
Вот где появляется аспарагиназа.
Естественный фермент, он расщепляет аспарагин в кровотоке. Без этой жизненно важной аминокислоты большинство лейкозных клеток умирают, в то время как нормальные клетки практически не страдают.
По этой причине за последние 40 лет аспарагиназа все чаще использовалась в качестве лекарства для лечения лейкемии.
Тем не менее, каким-то образом примерно в 20% Dr.
У педиатрических пациентов Гутьерреса лейкозные клетки выживают при лечении аспарагиназой. Как?
В поисках гена устойчивости
Чтобы выяснить это, Гутьеррес предпринял амбициозное исследование с помощью сотрудников из Бостонской детской больницы, Института Броуда и Института рака Дана-Фарбер. Ведущий автор статьи – Лаура Хинце, приглашенный научный сотрудник Ганноверской медицинской школы в Германии.
Хинце приехал в детский сад Бостона осенью 2017 года, намереваясь остаться там всего на несколько месяцев. «Но проект оказался очень удачным, поэтому я решила, что имеет смысл остаться и завершить его», – говорит она.
Команда Гутьерреса-Хинце применила технологию редактирования генов, известную как CRISPR, к группе лейкозных клеток человека, устойчивых к аспарагиназе. Один за другим они выбили все гены клеток. Затем они проверили измененные геном клетки, чтобы увидеть, какие из них были убиты препаратом.
Таким образом они определили гены, ответственные за устойчивость.
Они обнаружили, что лекарственно-устойчивые лейкозные клетки преодолевают нехватку аспарагина в кровотоке, поглощая белки внутри клетки, разрушая их, чтобы высвободить эту дефицитную аминокислоту.
Точно так же, как верблюжий горб является источником жира, который животное может использовать при нехватке пищи, лейкозные клетки рассматривают собственные белки как ресурс, который они могут использовать, «если они голодают и им нужно больше строительных блоков», – говорит Гутьеррес. "Они собирают аспарагин, чтобы пережить лечение рака."
Рано утром, поздно ночью со 140 мышами
Ключом к этому процессу является фермент GSK3, который контролирует распад белков внутри клетки посредством ключевого сигнального пути. Знание этого дало Гутьерресу и Хинце идею: «Если бы мы могли нацелить его путь, мы могли бы теоретически убивать лейкозные клетки с минимальным воздействием на нормальные клетки."
Чтобы проверить эту теорию, они обратились к Флоренс Вагнер, доктору философии из Института Броуда, и Кимберли Стегмайер, доктору медицины из Института рака Дана-Фарбер, которые разработали лекарство, блокирующее действие GSK3.
Вооружившись этим ингибитором GSK3, Хинце вводил лекарственно-устойчивые лейкозные клетки 140 мышам, а затем лечил их различными препаратами два раза в день в течение 12 дней. «Она провела много раннего утра и поздних ночей, лечя этих мышей», – говорит Гутьеррес.
Хинце разделил мышей на четыре группы.
Одна группа не получала лечения; второй получил только аспарагиназу; третий получил только ингибитор GSK3, а четвертый получил одновременно аспарагиназу и ингибитор GSK3.
Результаты были поразительными: все первые три группы мышей умерли вскоре после, а в некоторых случаях и до того, как их лечение было завершено.
Но мыши, которым вводили два препарата вместе, жили в четыре раза дольше – и, возможно, прожили бы дольше, если бы лечение продолжалось.
Два фактора лучше, чем один
Гутьеррес называет этот эксперимент ярким примером того, как два фактора вместе имеют эффект, который ни один из них не может быть достигнут в одиночку, – явление, которое ученые называют «синтетической летальностью»."
«Сама по себе аспарагиназа ничего не делает с резистентными клетками, и аналогично, один только ингибитор GSK3 ничего с ними не делает», – говорит Гутьеррес. "Но когда вы их сложите, клетки мертвы."
Не менее важно то, что схема приема двух препаратов оказала незначительное влияние на нормальные клетки мышей, что позволяет предположить, что она может хорошо переноситься в качестве лечения.
Гутьеррес, который до сих пор тратит около одного дня в неделю на лечение пациентов, очень хочет протестировать этот подход с двумя препаратами.
Он надеется начать клинические испытания, как только появится человеческая версия ингибитора GSK3. Некоторые фармацевтические компании уже разрабатывают такие лекарства, но Гутьеррес не может сказать, когда могут начаться испытания. «Это трудно предсказать, и мы полностью не можем это контролировать», – сказал он. "Но, надеюсь, в ближайшем будущем."
Более широкие последствия
Гутьеррес надеется, что это открытие снизит устойчивость к аспарагиназе у детей, которые обращаются в Дана-Фарбер / Бостон Детский центр с лейкемией. Помимо этого, он считает, что подход его команды вдохновит других исследователей на поиск причин устойчивости к другим лекарствам от лейкемии, и каждое новое открытие будет повышать шансы на выживание пациентов, которым не помогают текущие методы лечения.
Открытие также может предложить менее токсичную альтернативу пациентам с лейкемией, которые излечиваются текущими методами лечения. Это важно, потому что некоторые лекарства от лейкемии могут иметь серьезные побочные эффекты спустя десятилетия.
«Иногда вы справитесь со всем этим, ваша лейкемия будет вылечена, а затем через пять, десять, 20 лет у вас появится поздний эффект – например, сердечная недостаточность», – говорит Гутьеррес. "Я надеюсь, что для излечившихся пациентов это действительно сможет заменить некоторые из наиболее токсичных элементов стандартной терапии."
Наконец, Гутьеррес отмечает, что команда не до конца понимает, почему лечение двумя препаратами так сильно поражает лейкозные клетки, в то же время в значительной степени сохраняя нормальные клетки. «На самом деле нас очень интересует этот вопрос», – говорит он. "И если мы сможем это понять, я думаю, есть большая вероятность, что этот подход будет широко полезен при многих других типах рака, связанных с лейкемией."