Lékařská fakulta přispěje ke zvýšení zdravotní gramotnosti v oblasti rakoviny prsu
Lékařská fakulta Masarykovy univerzity se připojila k mezinárodnímu projektu, jehož cílem je osvěta o rakovině prsu, možnostech její prevence i terapie.
Konkrétní léčba pro konkrétního pacienta – takový je základní princip precizní medicíny, stále pokročilejšího terapeutického konceptu, zejména v onkologii. Avšak dokázat předpovědět, jak přesně bude pacient na terapii reagovat, zůstává stále jen obtížně dosažitelnou metou. Onkologům Fakultní nemocnice Brno s jeho hledáním pomáhá i Výzkumná skupina Petra Vaňhary z Ústavu histologie a embryologie Lékařské fakulty Masarykovy univerzity. Docent Vaňhara se zabývá buněčnou plasticitou a regenerací tkání, a vývojem tkáňových modelů odvozených z kmenových buněk. Zároveň je řešitelem projektu zaměřeným na nádorová onemocnění pankreatu, jehož výstupem bude jedinečná biobanka živých nádorových pankreatických buněk, sloužících právě k tvorbě trojrozměrných tkáňových modelů, na nichž vědci mohou zkoumat procesy na pozadí růstu nádorových buněk. A v rámci multidisciplinární spolupráce pod hlavičkou loni představeného Centra precizní medicíny tyto poznatky postupně přenášet do klinické praxe.
Jste řešitelem projektu, jehož celý název zni Vývoj ex-vivo buněčných modelů pro adenokarcinom pankreatu: markery a cíle pro precizní medicínu, přičemž vývoj těchto modelů jde ruku v ruce se vznikem biobanky detailně charakterizovaných buněčných linií. Jak tento projekt zapadá do širšího kontextu vaší práce na Ústavu histologie a embryologie?
Dlouhodobým vědeckým zaměřením Ústavu histologie a embryologie je především poznání biologie kmenových buněk s cílem jejich využití pro tkáňové inženýrství a regenerativní medicínu. Tento konkrétní projekt je zaměřený na histogenezi abnormálních nádorových tkání. Potkává se v něm klinická expertíza kolegů z Chirurgické kliniky a Interní hematologické a onkologické kliniky FN Brno a naše biologické a technologické zázemí. Buňky získané z nativních vzorků nádorů slinivky nám umožňují díky pokročilým kultivačním technikám rekapitulovat nádorové mikroprostředí a mezibuněčné interakce. Naším cílem je odhalit rozdíly mezi vývojem nádoru u jednotlivých pacientů, přispět k poznání jejich klinické a biologické heterogenity a identifikovat molekulární mechanismy, které mohou představovat možný cíl pro specifickou terapii.
Proč jste se zaměřili právě na onemocnění slinivky?
Karcinom pankreatu má velice nepříznivou prognózu, která vychází z agresivní povahy onemocnění a časté rezistence na chemoterapii. Onemocnění se navíc dlouho neprojevuje, a často se na něj přijde až v okamžiku, kdy je na účinnou léčbu pozdě. Medián přežití pacientů s nádorem slinivky je spíše v řádu měsíců než let. Navíc, nádory pankreatu, které byly dlouho typické spíše pro starší pacienty, se čím dál častěji objevují i u mladých lidí, u nichž se mohou chovat biologicky jinak. Pochopení toho, jak nádory slinivky vznikají a vyvíjí se, jednoznačně přispívá k vývoji pokročilé cílené léčby.
Co vás na nich zajímá především?
Zajímá nás trojrozměrné uspořádání nádoru, a vlastnosti buněk, které ho tvoří. Pro nádory slinivky je typické silně vazivové, desmoplastické, stroma, které vytváří unikátní a poměrně nehostinné prostředí pro samotné nádorové buňky. Přesto v něm však dokážou růst, adaptovat se na něj, a dokážou si poradit například s buněčným nebo tkáňovým stresem vyvolaným cytotoxickou léčbou. Zajímá nás molekulární odpověď buněk na stresové podmínky v nádorové tkáni, jaké signální dráhy se při nich aktivují a jak by se na ně potenciálně dalo cílit, i jaké jsou rozdíly mezi nádory jednotlivých pacientů.
„Díky unikátní spolupráci s klinickými pracovišti, máme k dispozici recentní, jedinečný buněčný materiál.“
Petr Vaňhara
Jak takové 3D modelování probíhá?
Kultivace buněk v trojrozměrných podmínkách umožňuje lépe napodobit mezibuněčné interakce a vzájemné uspořádání než v jedné vrstvě na klasické Petriho misce. Způsoby, jak rekapitulovat histogenezi tumoru in vitro, jsou různé. Od jednoduchých čistých nádorových linií, které vytvářejí homogenní „sféry“ až po sofistikované kokultury různých buněčných typů. Takový model už může obsahovat nádorové buňky, stromální buňky a třeba i různé vaskulární fragmenty. Těch více či méně sofistikovaných trojrozměrných modelů je celá řada.
Do jaké míry se vám v současnosti daří in vitro napodobovat in vivo podmínky a odpovídat s pomocí těchto 3D modelů na vaše vědecké otázky?
V současnosti se zabýváme tím, jak se liší struktura vaziva, které si nádorové a stromální buňky kolem sebe vytvářejí, jaké jsou jejich biologické a biomechanické vlastnosti a jak na něj nádorové buňky reagují. Právě pro tento výzkum využíváme buňky získané z nádorové tkáně, které kultivujeme v trojrozměrném prostředí, jako sféry tvořené několika sty buněk, které se vzájemně biochemicky a biofyzikálně ovlivňují a určují tak biomechanické vlastnosti celého sféroidu.
Jak pak na těchto modelech zjišťujete, jak se skutečný nádor může chovat?
Sledujeme jednak vybrané molekuly, ale také opakující se vzory růstu sféroidu v různých podmínkách a snažíme se je třeba i asociovat s klinickými daty pacientů. Díky tomu už se nám například podařilo vytipovat některé proteiny, o nichž víme, že ovlivňují složení mezibuněčné matrix nebo odpověď buněk na buněčný stres, a které už taky byly asociovány s přežitím pacientů ve velkých genomických studiích. Snažíme se vysvětlit, co je v pozadí těchto biologických procesů.
Což může v kombinaci s dalšími daty třeba usnadnit diagnózu?
Ano. Může to ale v prvé řadě usnadnit pochopení toho, co se odehrává během vývoje nádoru. Může to pomoct odpovědět na otázku, proč jsou některé nádory agresivnější než jiné, nebo proč je přežití některých pacientů v řádu týdnů nebo krátkých měsíců a u jiných výrazně delší, přestože mají stejné výchozí podmínky. Může to odhalit i další signální dráhy, které lze zacílit, a v neposlední řadě to přispívá coby další prvek mozaiky k precizní medicíně, kterou se v Brně snažíme intenzivně rozvíjet.
Do jaké míry to může pomoct predikovat, jak pacient bude reagovat na léčbu?
Koncept, že vezmeme nádorové buňky pacienta, experimentálně vyzkoušíme, jak reagují na chemoterapeutikum, a podle toho určíme, jestli bude na léčbu reagovat i pacient, je starý několik desítek let. Ale přestože je takhle přímočaře jednoduchý, tak překvapivě nefunguje v klinické praxi. Stavba a složení tkáňového mikroprostředí je nepoměrně složitější než laboratorní podmínky a zřejmě hraje klíčovou roli ve schopnosti nádorových buněk uniknout léčbě. Nám by se samozřejmě velmi líbilo, kdyby naše buněčné modely ukázaly, jak daný pacient bude reagovat na konkrétní léčebný setup nebo předpovědět průběh onemocnění. Opravdu vidíme rozdíly ve schopnosti buněk získaných z nádorové tkáně různých pacientů rekapitulovat vývoj tumoru in vitro, ale praktického využití jsme ještě vzdáleni. Byť i to je jeden z principů precizní medicíny, kdy se díky znalosti biologických vlastností nádoru vytváří konkrétnímu pacientovi na míru cílená léčba.
Histologie patří k prvním předmětům, se kterými se student medicíny na Lékařské fakultě setká. Jeho náplní je poznání mikroskopické stavby a funkce tkání a orgánů, a nedílnou součástí pak studium mikroskopických histologických preparátů ať už u mikroskopu nebo virtuálního atlasu. Moderní histologie ale zahrnuje také mnoho aspektů buněčné a tkáňové biologie a jejich aplikace v tkáňovém inženýrství, regenerativní medicíně nebo onkologii.
Jak si mám jako laik představit fyzickou podobu vytvářené biobanky a jaké jsou její výhody oproti jiným podobným sadám?
Jde o kontejner, v němž jsou zkumavky obsahující živé buňky izolované z chirurgicky odstraněné tkáně karcinomu slinivky, a zamražen v parách tekutého dusíku, o teplotě -196°C. Každý vzorek je evidovaný v databázi, obsahující řadu klinických, biologických a patologických dat. Nejenže tak máme buňky z konkrétního tumoru konkrétního pacienta, ale známe i jeho klinické a patologické pozadí. Drtivá většina nádorového výzkumu se v posledních dekádách prováděla na nádorových liniích, což jsou buňky, které byly z tumoru izolovány, a rostly bez omezení v buněčné kultuře. Takové buňky jsou nesmírně užitečné a představují unikátní nástroj, jakým způsobem lze studovat molekulárně-biologický kontext nádorů. Mají ale zřejmou nevýhodu. Ustanovených linií je omezený počet což znamená, že nereflektují celou šíři daného onemocnění v populaci, a tím, že jsou kultivovány po desetiletí, nevyhnutelně dochází k jejich fenotypovým posunům. Buňky tak nemusí v mnoha parametrech odpovídat vlastnostem původního tumoru. Díky unikátní spolupráci s klinickými pracovišti, máme k dispozici recentní, jedinečný buněčný materiál. V experimentech je používáme po omezenou dobu, takže se vyhneme nežádoucím změnám nebo kontaminacím.
Takže není smyslem udělat zásobu, která by přetrvala mnoho let, ale takovou, kterou je třeba průběžně obnovovat…
Ano, to je princip biobank. Do každé biobanky biologický materiál průběžně vstupuje a zároveň je z ní na žádost různých výzkumníků vydáván. To je i dalším cílem našeho projektu. Nabídnout výzkumníkům snadno přístupný lokální účelový repozitář, který může podpořit různé vědecké projekty týkající se nádorů pankreatu. Naše vzorky jsou přitom svou povahou velmi blízké původnímu nádorovému materiálu, z něhož pocházejí. Ve srovnání s komerčně dostupnými nádorovými liniemi tak můžou lépe odpovídat na konkrétní vědecké otázky. Právě v tom spočívá jedinečnost naší biobanky a trojrozměrných modelů.
Projekt je zhruba v polovině svého trvání, co už se vám povedlo?
Především standardizované postupy toho, jakým způsobem buňky izolujeme, expandujeme a studujeme. Máme jasnou představu o buněčných typech, které z tumorů dostáváme, a máme k tomu vytvořený obslužný aparát v podobě databáze. Tohle naše úsilí začíná pozvolna generovat publikace, které postupně skládají ucelený obraz o rozvoji nádorů pankreatu.
Co je vaším ideálním realistickým cílem?
Pochopení toho, co je v pozadí etiopatogeneze různých nádorů slinivky, které se chovají u různých pacientů různě. Tím můžeme přispět i efektivní diagnostice a léčbě. To znamená, že pokud identifikujeme parametr, který koreluje s nižším přežitím pacientů, může se to stát počátkem dalších studií, které toto poznání potvrdí, vyvrátí nebo rozšíří, a může se stát součástí terapeutického nebo diagnostického portfolia.
Jak probíhá vaše spolupráce s kliniky?
Chirurgický tým vede profesor (Zdeněk) Kala, který zodpovídá za veškeré klinické aspekty, od plánování a provedení operací až logistiku vzorku. Kolega onkolog, doktor Michael Eid, má na starosti onkologickou a klinickou část, zejména anotaci pacientských vzorků. Kolegové z Ústavu patologie – doktor Jakub Vlažný – provádějí histopatologickou diagnostiku a reziduální materiál z ložiska tumoru pak dostáváme my pro expanzi in vitro. Takže je to kruh, který momentálně funguje velice dobře, a to zejména kvůli nasazení celého širokého týmu. (usměje se)
Lékařská fakulta Masarykovy univerzity se připojila k mezinárodnímu projektu, jehož cílem je osvěta o rakovině prsu, možnostech její prevence i terapie.
Přinášíme vám výběr toho nejzajímavějšího, co se u nás ve vědě a výzkumu v prvním letním měsíci událo.