Поймать за хвост: генетический почерк опухоли показал угрозу и ее посылок
Учёные выявили уникальные физические свойства экзосом, выделяемых раковыми клетками, которые коррелируют с типом мутации, что открывает перспективы для разработки инновационных методов диагностики и терапии онкологических заболеваний.
Исследовательская группа, возглавляемая Юнхи Ли и Гёгвоном Ку из DGIST, разработала метод диагностики рака лёгких на основе анализа механических характеристик экзосом. Экзосомы — микроскопические везикулы, секретируемые раковыми клетками в кровоток, — обладают потенциалом для выявления опухолевых маркеров без инвазивных процедур. Для анализа физических параметров экзосом использовалась атомно-силовая микроскопия (АСМ), позволяющая с высокой точностью измерять их жёсткость и форму.
Немелкоклеточный рак лёгкого (НМРЛ) — наиболее распространённая форма заболевания, составляющая более 85% случаев. Диагностика НМРЛ на ранних стадиях затруднена из-за отсутствия симптомов, что приводит к постановке диагноза на поздних стадиях. Традиционная биопсия, несмотря на эффективность, является инвазивной и не подходит для регулярного контроля. В связи с этим активно разрабатываются методы «жидкой биопсии», позволяющие обнаруживать опухолевые маркеры в биологических жидкостях, включая кровь.
В рамках исследования были проанализированы экзосомы, полученные из трёх линий раковых клеток лёгкого: A549 с мутацией KRAS, PC9 с мутацией EGFR и PC9/GR с резистентностью к лекарственным препаратам на основе мутации EGFR. С помощью сверхчувствительного зонда атомно-силовой микроскопии были измерены их механические параметры. Результаты показали следующее:
Экзосомы клеток линии A549 характеризовались значительно более высокой жёсткостью по сравнению с остальными линиями. Это обусловлено изменениями в составе липидов мембран, вызванными мутацией KRAS.
Экзосомы линий PC9 и PC9/GR, несмотря на общий генетический профиль, продемонстрировали схожие механические свойства.
Данные результаты свидетельствуют о том, что физические характеристики экзосом находятся в прямой зависимости от генетического профиля раковой клетки, что открывает перспективы для создания высокоспецифичных диагностических методов.
Для классификации полученных данных был применён искусственный интеллект. Информация о жёсткости и высоте экзосом была преобразована в изображения, на основе которых была обучена нейронная сеть DenseNet-121. Искусственная интеллектуальная система с высокой точностью определяла принадлежность экзосом к конкретным линиям клеток. Точность распознавания экзосом с мутацией KRAS составила 96%, а общая эффективность модели (AUC) — 0,92.
Исследование открывает перспективы для создания нового поколения диагностических методов, основанных на анализе экзосом. Для выявления специфических мутаций при раке лёгкого достаточно анализа небольшого количества экзосом, что позволяет избежать инвазивной биопсии и оперативно назначать таргетную терапию.
Практическая значимость работы заключается в разработке принципиально нового, неинвазивного и быстро реализуемого инструмента для онкологов. Внедрение этой технологии в клиническую практику может значительно изменить подходы к диагностике и лечению рака лёгкого:
Ранняя диагностика: анализ экзосом в крови может быть включён в регулярные скрининговые программы для групп риска, что позволит выявлять заболевание на ранних стадиях.
Персонализированное лечение: определение генетических мутаций по анализу крови позволит назначать препараты, направленные на конкретные мишени, без проведения биопсии.
Мониторинг в реальном времени: простота и возможность многократного проведения процедуры позволяют врачам отслеживать эффективность терапии и своевременно корректировать лечение.
Однако существуют определённые технические и методологические ограничения, которые необходимо преодолеть для широкого внедрения технологии в клиническую практику. Одно из них связано с переходом от лабораторных исследований к анализу клинических образцов крови. В крови пациентов присутствует значительное количество экзосом, секретируемых здоровыми клетками, что усложняет задачу выявления опухолевых маркеров. Кроме того, атомно-силовая микроскопия является дорогостоящей и трудоёмкой методикой, требующей высокой квалификации специалистов. Превращение этой технологии в рутинный клинический метод представляет собой серьёзную инженерную и экономическую задачу, требующую комплексного подхода и междисциплинарного взаимодействия.