Nový výzkum by mohl změnit způsob, jakým medicína léčí rakovinu ve věku umělé inteligence

Na workshopu „Pokročilé materiály, energetické technologie a zdravotní péče v éře umělé inteligence“ v rámci Týdne vědy a techniky VinFuture 2025 profesor Dang Van Chi prezentoval výzkum, který ukazuje, že cirkadiánní rytmy a buněčný metabolismus hrají klíčovou roli při určování účinnosti imunoterapie a cílených léků.

Cirkadiánní rytmy hrají klíčovou roli v kontrole rakovinných buněk

Cirkadiánní rytmus je považován za jeden z nejdůležitějších regulačních systémů lidského těla. Tento mechanismus funguje prostřednictvím genové sítě, která funguje v 24hodinovém cyklu. BMAL1 a CLOCK jsou dva ústřední faktory, které pomáhají regulovat spánek, energetický metabolismus, hormony a homeostázu.

Když biologické hodiny fungují rytmicky, buňky mají jasné pracovní a odpočinkové doby. Když je tento rytmus mimo fázi, schopnost opravy DNA je snížena a mnoho životních procesů se naruší.

Analýzy publikované v časopisech Cell Metabolism a Nature Reviews Cancer ukazují, že narušení cirkadiánního rytmu nejen ovlivňuje spánek a metabolismus, ale také oslabuje imunitní systém. Pokud jsou imunitní buňky aktivovány v nesprávnou dobu, tělo má těžší čas odhalit a eliminovat abnormální buňky, které se mohou stát zárodky rakoviny.

Aby vědci lépe pochopili tento mechanismus, často používají zvířecí modely. Jedná se o standardní metodu v biomedicínském výzkumu, protože umožňuje kontrolovat geny, životní prostředí a buněčnou aktivitu, což není možné u studií na lidech. V mnoha experimentech jsou vybírány myši, protože jejich genetické a biologické mechanismy jsou podobné lidským.

Když vědci odstranili gen BMAL1 u myší, zvířata vykazovala řadu známek poruch, jako je předčasné stárnutí, metabolická nerovnováha a rychlejší tvorba nádorů než obvykle.

Tyto výsledky naznačují, že když jsou cirkadiánní hodiny deaktivovány, buňky ztrácejí schopnost kontrolovaného dělení a jsou náchylnější k abnormální proliferaci.

Profesor Dang Van Chi vysvětlil tento mechanismus slovy: „Biologické hodiny jsou jako velitelské centrum. Rozhodují, kdy by buňky měly být aktivní a kdy potřebují odpočinek, aby se opravily. Když je tento mechanismus narušen, proces buněčného dělení se stává chaotickým a vytváří podmínky pro vznik rakovinných buněk.“

Cirkadiánní rytmy také ovlivňují aktivitu imunitního systému. Mnoho mezinárodních studií ukázalo, že T buňky a makrofágy jsou nejaktivnější ráno.

Předpokládá se, že to je důvod, proč pacienti v této době obvykle lépe reagují na imunoterapii. Očekává se, že biologický léčebný přístup založený na načasování léčby přinese vyšší účinnost a sníží zbytečnou toxicitu.

Metabolické přeprogramování vytváří půdu pro nekontrolovanou proliferaci

Ve své prezentaci o molekulárním mechanismu rakoviny profesor Chi zdůraznil ústřední roli genu MYC. Jedná se o jeden z nejvlivnějších rakovinných genů, který se objevuje u většiny běžných druhů rakoviny.

Tento gen nejen podporuje buněčné dělení, ale také narušuje cirkadiánní rytmus buňky. Když je molekulární rytmus narušen, rakovinné buňky se vymykají přirozeným kontrolním mechanismům a nadále se množí.

Během svého působení na Kalifornské univerzitě v San Franciscu profesor Chi poprvé ukázal souvislost mezi nadměrnou aktivitou MYC a hlubokými změnami ve způsobu, jakým buňky produkují energii.

Když je MYC silně aktivován, buňka se stává více závislou na glykolýze a produkci laktátu. Tuto kaskádu reakcí řídí enzym laktátdehydrogenáza A.

Publikované studie na Wistar Institute a Johns Hopkins ukazují, že MYC podporuje hyperaktivaci LDH A, což způsobuje, že buňky vstupují do abnormálního metabolického stavu známého jako Warburgův efekt.

Při Warburgově efektu rakovinné buňky spotřebovávají glukózu velmi rychle a produkují velké množství kyseliny mléčné, i když je dostatek kyslíku. Tento proces poskytuje rychlý zdroj energie pro buňky, aby se mohly neustále množit. Kyselina mléčná se hromadí, čímž se prostředí kolem nádoru stává kyselým.

To brzdí aktivitu imunitních buněk, protože mnoho T buněk nemůže v kyselém prostředí efektivně fungovat. To je jeden ze způsobů, jak si rakovinné buňky vytvářejí bezpečnou zónu, která jim pomáhá vyhnout se útoku.

Profesor Chi tvrdí, že metabolismus je základem růstu. Pokud se nám podaří narušit dodávky energie, oslabíme tím hlavní výhodu nádoru.

Na základě tohoto principu jeho laboratoř vyvinula skupinu molekul, které mohou inhibovat LDH. Experimenty na myších modelech ukázaly, že inhibitory LDH snižují rychlost růstu nádoru a významně zlepšují mikroprostředí.

Když je hladina kyseliny mléčné snížena, imunitní buňky mohou vstoupit do imunitního systému a fungovat efektivněji. Je pozoruhodné, že když jsou inhibitory LDH kombinovány s protilátkami proti PD1, mnoho modelů zaznamenalo úplné vymizení nádoru.

Tento přístup však stále čelí značné výzvě. Červené krvinky jsou energeticky zcela závislé na glykolýze. Pokud je LDH inhibována, jsou náchylné k poškození a hemolýze.

Proto výzkumný tým pokračuje ve vývoji selektivnějších molekul, které cílí na rakovinné buňky a zároveň omezují dopad na zdravé buňky.

Strava a střevní mikrobiota modulují imunitní odpověď

V posledních letech je střevní mikrobiom považován za jednu z nejvlivnějších oblastí v léčbě rakoviny.

Studie publikované v časopisech Nature Medicine and Cell ukazují, že střevní bakterie nejen napomáhají trávení, ale také se podílejí na regulaci imunity.

Několik výzkumných skupin zjistilo, že pacienti s různými mikrobiomy reagují na imunoterapii odlišně. Některé bakterie zvyšují aktivitu T-buněk, zatímco jiné imunitnímu systému ztěžují rozpoznání rakovinných buněk.

Při zkoumání této souvislosti se vědci zaměřili na cholin, živinu běžně se vyskytující v mase a mořských plodech.

Jakmile se cholin dostane do střeva, určité bakterie ho rozkládají na TMA. Játra poté přeměňují TMA na TMAO.

Několik nezávislých studií Ludwig Cancer Institute a Johns Hopkins University ukázalo, že hladiny TMAO v krvi pacientů s rakovinou jater úzce souvisejí s účinností léčby. Pacienti s vysokými hladinami TMAO často špatně reagují na anti-PD1 terapii a mají kratší dobu přežití.

Pro otestování tohoto mechanismu provedly výzkumné týmy experimenty na myších modelech. Když byly myši krmeny stravou bohatou na cholin, hladiny TMAO dramaticky vzrostly.

V důsledku toho se imunoterapie stává méně účinnou, i když je lék podáván ve správné dávce a ve správný čas. Naopak, když je bakteriální enzym zodpovědný za tvorbu TMA inhibován, hladiny TMAO se významně sníží a imunitní systém se stává aktivnějším. Schopnost reagovat na léky proti PD1 se obnoví.

Podle profesora Chiho bude budoucnost léčby rakoviny pravděpodobně kombinovat léky zaměřené na metabolismus, imunoterapii, cirkadiánně řízenou výživu a kontinuální monitorování pomocí umělé inteligence. Tato kombinace vytváří komplexní a personalizovaný model léčby.

Výzkum, kterému se věnuje již 30 let, prokázal, že rakovina není jen onemocněním genové mutace, ale také onemocněním poruchy biologických hodin, metabolické nerovnováhy a imunitní nerovnováhy.

Pouze pochopením souhrnu těchto regulačních vrstev může medicína navrhnout skutečně účinnou léčbu.

Zdroj: https://dantri.com.vn/suc-khoe/nghien-cuu-moi-co-the-thay-doi-cach-y-hoc-dieu-tri-ung-thu-trong-thoi-ai-20251204183852856.htm