16/05/2016 ИХБФМ СО РАН

Новая тест-система поможет обнаружить рак легкого еще до появления опухоли

832 ИХБФМ СО РАН СО РАН НГУ РНФ Инновации Науки о жизни Новосибирск ​Капля никотина, увы, по-прежнему убивает. Причем в массовом порядке — ежегодно в мире регистрируется более 1,4 миллиона случаев рака легких. К сожалению, для миллиона больных диагноз оказывается смертельным. Так, в России выявляется более 88 пациентов на 100 тысяч человек, а ежегодно заболевает более 52 тысяч человек. При этом в первый год после установления диагноза от рака легкого погибает каждый второй: коварство заболевания — в отсутствии ярко выраженных симптомов, потому свыше чем у 60% онкобольных рак легкого обнаруживают уже на третьей-четвертой стадии, когда шанс вылечиться составляет всего 5-15% (в отличие от 70% на первой стадии). За последние 20 лет число обнаруженных случаев рака легкого возросло вдвое, что объясняется как улучшением методов обследования, так и распространением курения. Около 87% случаев развития рака легкого, бронхов и трахеи связаны с вдыханием табачного дыма. В последние годы развернута активная борьба с курением, но, тем не менее, сегодня в мире порядка 1,25 миллиарда курильщиков. И миллиард из них — мужчины. Неудивительно, что рак легкого — причина каждой третьей гибели мужчин с онкозаболеванием, у женщин — раз в 10 реже. 

Вся эта статистика наглядно обосновывает важность работ по проекту "Разработка тест-системы неинвазивной диагностики для планирования терапии рака легкого на основе высокопроизводительного секвенирования циркулирующей опухолевой ДНК" в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы". Проект выполняют сотрудники лаборатории молекулярной медицины Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН. Причем увлеченно — ведь они знают, что в России уровень лабораторной диагностики далек от совершенства: в практике большинства поликлиник и медицинских стационаров остается масса рутинных, малоинформативных, устаревших методов исследования. 

— Сегодня у врачей-онкологов острая нужда в современных технологиях, которые позволяют сделать диагностику ранней, а терапию эффективной, — рассказывает руководитель проекта доктор биологических наук Елена Рыкова. — Это показывает опыт работы с партнерами — Томским НИИ онкологии и Новосибирским НИИ патологии кровообращения им. академика Е.Н.Мешалкина. Во-первых, считают они, необходимо сделать высокочувствительную систему для ранней диагностики, чтобы "поймать" рак на операбельной стадии — хирурги у нас творят чудеса, но пациент должен к ним попасть вовремя. Во-вторых, пора развивать персонифицированные методы лечения. Например, в случае обнаружения у пациента активирующих мутаций гена EGFR, способствующих бесконтрольному размножению опухолевых клеток, ему хорошо помогает таргетная (целевая) терапия ингибиторами тирозин-киназы, такими как имеющиеся в продаже препараты гефитиниб, эрлотиниб, которые избирательно подавляют этот рецептор. Однако если в опухоли есть сопутствующая мутация гена KRAS (в 30% случаев), то болезнь становится устойчивой к ингибиторам тирозин-киназы и дорогостоящая таргетная терапия не приносит желаемого эффекта. Поэтому при выборе стратегии лечения решается важная задача — спрогнозировать ответ опухоли на терапию. Третья проблема — мониторинг состояния пациентов, которые уже прошли лечение. Наша тест-система применима на всех этапах. По большому счету, цель проекта — заменить прежнюю модель лечебно-диагностического цикла "выявление биомаркеров — лечение" на более сложную и более эффективную "выявление биомаркеров — лечение — оценка ответа — коррекция терапии — мониторинг резистентности (устойчивости опухоли к препаратам) — коррекция терапии — скрининг рецидивов". Под "малоинвазивной" подразумевается диагностика, основанная на выявлении опухолевой ДНК, циркулирующей в крови. То есть по анализу крови. Высокотехнологичный метод NGS (next generation sequencing) — масштабное параллельное секвенирование циркулирующей ДНК — может вывести онкодиагностику и терапию на совершенно новый уровень. 

Онкология — проблема не только социальная, но и экономическая. В одной Европе существует более 270 лабораторий и коммерческих компаний, проводящих тестирование на чувствительность и устойчивость к терапии тирозин-киназами. Европейский рынок сопутствующей диагностики уже достиг 457 миллионов долларов, а к 2018 году перевалит далеко за миллиард. Понятно, что крупные фармацевтические компании, выпускающие препараты для таргетной терапии, с 2011 года начали активно инвестировать в фирмы, специализирующиеся на разработке средств, методов и приборной базы диагностики. Прежде чем запустить проект, сотрудники ИХБФМ провели широкомасштабный патентный поиск — аналоги тест-системы должны обладать следующими признаками: анализировать мутации гена EGFR, связанные с чувствительностью и устойчивостью к ингибиторам тирозин-киназ, в качестве образца использовать циркулирующую опухолевую ДНК, осуществлять неинвазивный мониторинг приобретенной резистентности опухоли, в качестве метода детекции применять высокопроизводительное секвенирование. Установлено, что полных аналогов такой технологии нет.

— Как правило, в существующих патентных разработках используют биопсийный материал, — рассказывает Елена Юрьевна. — Но в ряде случаев сделать биопсию бывает просто невозможно: на ранних стадиях, когда человек не подозревает о болезни, при труднодоступности опухоли и после операции, когда опухоль удалена и нужно следить за состоянием пациента. Почему мы разрабатываем анализ ДНК в крови? В первую очередь потому, что он дает возможность ранней диагностики — флюорография еще не выявит опухоль, а в крови уже появились мутантные ДНК из опухолевых клеток, и тест-система позволит найти болезнь еще до клинических проявлений. Мы научились выделять из плазмы крови фрагменты циркулирующей опухолевой ДНК, по которым можно обнаружить как первичную, даже маленькую, опухоль, так и рецидив, где бы в организме он ни возник. Разрабатываемая тест-система позволит проводить регулярное обследование и составлять актуальный молекулярно-генетический "портрет" опухоли, что поможет выбрать правильное лечение. Помимо EGFR мы анализируем повреждения других генов, которые могут участвовать в неправильном управлении клеткой, что приводит к ее злокачественной трансформации. В ходе нашей работы нужно было установить, какие сопутствующие мутации могут либо способствовать "поломке" EGFR, либо отменять этот нежелательный эффект. Поэтому на основании данных других исследований мы выбрали 200 генов-мишеней для прицельного поиска. Анализ мутаций каскада белков, которые участвуют в проведении внешних сигналов в клетку, даст возможность спрогнозировать, помогут ли больному тирозин-киназные ингибиторы, либо опухоль останется устойчивой к лечению и лучше применить иную терапию, основанную на современных радиологических, химических, хирургических методах и их комбинации. 

Первая стадия исследования была сделана на опухолях, чтобы посмотреть разнообразие мутаций и частоту выявления их в ткани новообразований. Нужно было проверить возможность использования высокотехнологичного метода секвенирования применительно к циркулирующей в крови опухолевой ДНК, которая перед тем, как попасть в кровь, "разрезается" на мелкие фрагменты. Надо было учитывать небольшое количество опухолевой ДНК в крови, малый размер фрагментов при создании ДНК-библиотек, предназначенных для секвенирования, и решить ряд других технологических проблем. За 2015 год (грант получен в конце 2014-го) мы исследовали образцы крови более 40 пациентов для выявления циркулирующей опухолевой ДНК. Остаются не до конца решенные проблемы: процентное содержание опухолевого материала в циркулирующей ДНК бывает очень низким — как правило, меньше 10%. Так, из обследованных нами пациентов у трех в биопсийном материале опухолевая ДНК присутствовала, а в крови мы ее выявить не смогли, что снижает чувствительность тест-системы. Но очень хороший результат — это 100-процентная специфичность теста (он не дал ложноположительных результатов).

Итогом трехлетней работы над проектом (общая сумма финансирования — 24 миллиона рублей, из них 15 миллионов — бюджетные средства) должна стать готовая тест-система, которая позволит вовремя выявить рак легкого, спланировать эффективное лечение, грамотно проследить за его результатами. Среди партнеров ИХБФМ СО РАН — ООО "Атлас" (генеральный директор Сергей Мусиенко), соисполнитель — ООО "Ридсенс" (директор — Владислав Милейко, в свое время сотрудник ИХБФМ, получивший премию за разработку метода ранней диагностики рака молочной железы), еще один соисполнитель — центр коллективного пользования "Геномика" (куратор проекта — доктор биологических наук Анна Баранова). Команда исследователей отличается молодостью — половине участников нет и 35. К работе привлекаются студенты Новосибирского государственного университета и аспиранты ИХБФМ СО РАН. И конечно, такая тема не могла появиться "на пустом месте".

— У нас в лаборатории молекулярной медицины под руководством кандидата биологических наук Павла Лактионова создана собственная технологическая база, позволяющая эффективно выделять и анализировать внеклеточные нуклеиновые кислоты из крови и других биологических жидкостей. Наборы для выделения ДНК и РНК из биологических сред производства компании "Биосилика", аффилированной с ИХБФМ СО РАН, востребованы за пределами лаборатории и института, поскольку не уступают по качеству импортным аналогам. Вдохновителем всех этих работ выступает директор нашего института академик Валентин Власов. Когда ранние исследования показали, что во внеклеточных нуклеиновых кислотах может содержаться "заболевшая" ДНК, — это стало побудительным мотивом для запуска нескольких проектов, направленных на решение проблемы диагностики и персонализированной терапии, — раскрывает секреты Елена Рыкова. — Мы разрабатываем методы ДНК- и РНК-диагностики разных онкологических заболеваний — рака предстательной железы, молочной железы, легкого. Наши исследования находятся на самом передовом уровне и потому очень актуальны. По данному проекту основным исполнителем является старший научный сотрудник нашей лаборатории кандидат химических наук Евгений Морозкин, который с 2016 года руководит исследованиями по гранту РНФ, направленному на разработку микроРНК-маркеров рака предстательной железы. Также мы активно исследуем эпигенетические изменения ДНК — на мой взгляд, очень перспективное направление для выявления маркеров раннего скрининга. Мы очень стремимся максимально приблизить то время, когда можно будет запустить в массовое производство технологичные, точные и доступные молекулярно-генетические тесты, которые позволят на стадии профилактического обследования выявить рак еще до клинических проявлений и выбрать оптимальную терапию на основании простого анализа крови. 

Подготовила Елена МОРГУНОВА