Ученые создали новый метод ранней диагностики рака

Несмотря на впечатляющий прогресс в области медицины, рак остается причиной смерти номер один во всем мире и важнейшей проблемой здравоохранения. По данным Национального Онкологического Института (National Cancer Institute, США), ежегодно более полумиллиона смертей вызваны злокачественными новообразованиями. Согласно прогнозу, к 2020 г. затраты здравоохранения на борьбу с раком составят 174 млрд. долларов США. Чтобы снизить человеческие и экономические потери, вызванные онкологическими заболеваниями, необходимо разработать методы ранней диагностики и лечения рака, когда прогноз на излечение больного наиболее высок.

В последние годы активные исследования и значительные финансовые инвестиции привели к открытию досимптомных индикаторов рака – биомаркеров, но их поиск замедлился из-за нескольких факторов. В новом исследовании, результаты которого были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Science, Филлип Стеффорд (Phillip Stafford) и его коллеги из Института Биодизайна при Университете Штата Аризона (Arizona State University's Biodesign Institute, США) описывают инновационный метод ранней диагностики рака под названием иммунопрофилирование (immunosignaturing).

«В течение долгих лет мы наблюдаем за многообещающими результатами применения иммунопрофилирования, но внедрение технологии в научное сообщество потребовало большого терпения», – говорит Стеффорд.

Пока только небольшое число биомаркеров рака были одобрены Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (U.S. Food and Drug Administration, США) для клинического применения, и даже одобренные биомаркеры иногда имеют ограниченную практическую ценность. Это вызвано многими причинами. Иммунный ответ организма на рак является сложным гетерогенным процессом, который отличается у разных пациентов, а также зависит от типа рака и его стадии.

Отдельные биомаркеры часто обладают недостаточной чувствительностью и разрешающей способностью для точной диагностики: РНК, ДНК, белки или пептиды часто присутствуют в диагностических образцах в крайне незначительных количествах, поэтому точно определить их количество очень сложно. Несмотря на многочисленные исследовательские программы, попытки обнаружить биомаркеры рака не оправдали надежд.

Иммунопрофилирование основано на другом подходе – это мультиплексная система, в которой в определенное время составляется профиль всей популяции антител, циркулирующих в крови пациента. Метод подразумевает использование микрочипов, вмещающих тысячи различных последовательностей пептидов на предметном стекле. Когда мельчайшая капля крови (минее 1 микролитра) наносится на чип, антитела в крови селективно присоединяются к отдельным пептидам, формируя профиль иммунной активности.

Поскольку последовательности пептидов являются случайными и не ассоциированы ни с одним из типом антигенов, появляющихся при естественно развивающихся заболеваниях, один набор потенциально может применяться при множестве заболеваний, что представляет собой значимое усовершенствование, по сравнению с высоко специфичными диагностическими наборами. Последние могут тестировать на наличие только одного антитела-биомаркера, что обусловливает низкую чувствительность теста.

В новом исследовании ученые протестировали иммунопрофилирование на предмет способности метода выявлять различные заболевания. Сначала команда откалибровала тест на 20 образцах, полученных от пяти когорт онкологических больных, а также от 20 пациентов без новообразований, после чего был создан референсный иммунный профиль. Затем метод был протестирован в «слепом» исследовании на способность определения 120 независимых образцов, полученных от пациентов с аналогичными заболеваниями. Результаты исследования показали, что точность метода составляет 95%.

Для дальнейшей оценки диагностической мощности иммунопрофилирования были протестированы более 1500 ретроспективных образцов, полученных от пациентов с 14 различными заболеваниями, включая 12 образцов, полученных от онкологических больных. Средняя диагностическая точность метода составила более 98%, продемонстрировав возможность применения иммунопрофилирования для одновременной диагностики множества заболеваний.

В одном из экспериментальных клинических испытаний ученые смогли обнаружить и отличить сложное гетерогенное заболевание – четвертую стадию рака молочной железы от четырех других видов рака и группы контроля (здоровые). Во втором киническом испытании ученые с помощью иммунопрофилирования определили 14 разных заболеваний. Среди тестируемых онкологических заболеваний были три разные стадии рака молочной железы, четыре типа рака головного мозга, два рака поджелудочной железы, рак яичников и два типа рака крови.

Одной из основных сложностей при диагностике рака является его гетерогенность: если анализируются только несколько таргетных лабораторных показателей, высока вероятность получения ложно-отрицательных результатов. Новый метод успешно решает эту проблему.

Подавляющее число выявляемых тестом антител наблюдаются у большинства людей. Однако некоторые сигналы могут быть уникальны для определенного человека. В этом случае оценивается общий набор сигналов и ассоциируется с определенным заболеванием исходя из оценки распространения среди большинства пациентов с одной и той же патологией.

Наличие 10 тыс. пептидов в каждом микрочипе обеспечивает повышенную чувствительность. Технология также обладает высокой степенью «гибкости» с точки зрения работы и обработки данных. Даже сухой образец крови, собранный на фильтровальную бумагу и отправленный по почте в исследовательскую лабораторию, можно использовать для получения иммунного профиля, что позволяет проводить частую оценку состояния здоровья человека по низкой цене.

В настоящее время исследовательская команда разрабатывает чип, несущий более 100 тыс. пептидов.

Один из руководителей исследования Стефан Альберт Джонстон (Stephen Albert Johnston) напротив компьютерных мониторов, на которых изображены иммунные профили. Джонстон руководит Центром Инноваций в Медицине при Институте Биодизайна (Biodesign's Center for Innovations in Medicine, США). (фото: Image courtesy of Arizona State University)

По материалам Arizona State University

Оригинальная статья:
Phillip Stafford, Zbigniew Cichacz, Neal W. Woodbury, and Stephen Albert Johnston. Immunosignature system for diagnosis of cancer. PNAS, July 2014 DOI: 10.1073/pnas.1409432111