Nowe badania mogą zmienić sposób leczenia raka w erze sztucznej inteligencji

Podczas warsztatów „Zaawansowane materiały, technologia energetyczna i opieka zdrowotna w erze sztucznej inteligencji” w ramach Tygodnia Nauki i Technologii VinFuture 2025 profesor Dang Van Chi przedstawił badania wykazujące, że rytmy dobowe i metabolizm komórek odgrywają kluczową rolę w określaniu skuteczności immunoterapii i leków ukierunkowanych.

Rytmy dobowe odgrywają kluczową rolę w kontroli komórek nowotworowych

Rytm dobowy jest uważany za jeden z najważniejszych układów regulacyjnych organizmu człowieka. Mechanizm ten działa poprzez sieć genów, która funkcjonuje w cyklu 24-godzinnym. W tym systemie BMAL1 i CLOCK to dwa centralne czynniki, które pomagają regulować sen, metabolizm energetyczny, gospodarkę hormonalną i homeostazę.

Gdy zegar biologiczny działa rytmicznie, komórki mają jasno określone czasy pracy i odpoczynku. Gdy ten rytm jest rozregulowany, zdolność naprawy DNA ulega zmniejszeniu, a wiele procesów życiowych ulega zaburzeniu.

Analizy opublikowane w czasopismach „Cell Metabolism” i „Nature Reviews Cancer” pokazują, że zaburzenia rytmu dobowego nie tylko wpływają na sen i metabolizm, ale także osłabiają układ odpornościowy. Gdy komórki odpornościowe są aktywowane w nieodpowiednim momencie, organizm ma trudności z wykrywaniem i eliminowaniem nieprawidłowych komórek, które mogą stać się zalążkami raka.

Aby lepiej zrozumieć ten mechanizm, naukowcy często wykorzystują modele zwierzęce. Jest to standardowa metoda w badaniach biomedycznych, ponieważ pozwala kontrolować geny, środowisko życia i aktywność komórek, co nie jest możliwe w badaniach na ludziach. W wielu eksperymentach wybiera się myszy, ponieważ ich genetyka i mechanizmy biologiczne są podobne do ludzkich.

Gdy naukowcy usunęli gen BMAL1 u myszy, zwierzęta te wykazywały szereg objawów zaburzeń, takich jak przedwczesne starzenie się, zaburzenia metaboliczne i szybsze niż zwykle powstawanie nowotworów.

Wyniki te wskazują, że gdy zegar biologiczny ulega zaburzeniu, komórki tracą zdolność do kontrolowanych podziałów i są bardziej podatne na nieprawidłową proliferację.

Wyjaśniając ten mechanizm, profesor Dang Van Chi powiedział: „Zegar biologiczny jest jak centrum dowodzenia. Decyduje, kiedy komórki powinny być aktywne, a kiedy muszą odpocząć, aby się zregenerować. Kiedy ten mechanizm zawodzi, proces podziału komórek staje się chaotyczny i stwarza warunki do pojawienia się komórek nowotworowych”.

Rytmy dobowe wpływają również na aktywność układu odpornościowego. Wiele badań międzynarodowych wykazało, że limfocyty T i makrofagi są najbardziej aktywne rano.

Uważa się, że to jest powód, dla którego pacjenci lepiej reagują na immunoterapię, gdy są leczeni w tym czasie. Oczekuje się, że biologiczne podejście do leczenia oparte na synchronizacji przyniesie większą skuteczność i zmniejszy niepotrzebną toksyczność.

Przeprogramowanie metaboliczne stwarza warunki do niekontrolowanej proliferacji

W swojej prezentacji na temat molekularnego mechanizmu raka, profesor Chi podkreślił kluczową rolę genu MYC. Jest to jeden z najbardziej wpływowych genów nowotworowych i występuje w większości powszechnych nowotworów.

Gen ten nie tylko promuje podział komórek, ale także zaburza ich rytm dobowy. Gdy rytm molekularny zostaje zaburzony, komórki nowotworowe wymykają się naturalnym mechanizmom kontroli i kontynuują proliferację.

Podczas swojej pracy na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco profesor Chi jako pierwszy wykazał związek między nadmierną aktywnością MYC a głębokimi zmianami w sposobie, w jaki komórki wytwarzają energię.

Gdy MYC jest silnie aktywowany, komórka staje się bardziej zależna od glikolizy i produkcji mleczanu. Ta kaskada reakcji jest kontrolowana przez enzym dehydrogenazę mleczanową A.

Opublikowane badania w Instytucie Wistar i Johns Hopkins wykazują, że MYC powoduje nadmierną aktywację LDH A, w wyniku czego komórki wchodzą w nieprawidłowy stan metaboliczny, znany jako efekt Warburga.

W efekcie Warburga komórki nowotworowe zużywają glukozę w bardzo szybkim tempie i produkują dużo kwasu mlekowego, nawet gdy jest wystarczająca ilość tlenu. Proces ten zapewnia szybkie źródło energii dla komórek, umożliwiając im ciągłą proliferację. Kwas mlekowy kumuluje się, powodując kwaśne środowisko wokół guza.

Utrudnia to aktywność komórek układu odpornościowego, ponieważ wiele limfocytów T nie może efektywnie funkcjonować w kwaśnym środowisku. To jeden ze sposobów, w jaki komórki nowotworowe tworzą bezpieczną strefę, która pomaga im uniknąć ataku.

Profesor Chi twierdzi, że metabolizm jest podstawą wzrostu. Jeśli uda nam się uderzyć w źródło energii, osłabimy główną przewagę guza.

Opierając się na tej zasadzie, jego laboratorium opracowało grupę cząsteczek, które mogą hamować LDH. Eksperymenty na modelach mysich wykazały, że inhibitory LDH zmniejszały tempo wzrostu guza i znacząco poprawiały mikrośrodowisko.

Gdy poziom kwasu mlekowego jest obniżony, komórki układu odpornościowego mogą wnikać do komórek i działać skuteczniej. Warto zauważyć, że w wielu modelach, w których inhibitory LDH są łączone z przeciwciałami PD1, odnotowano całkowite zanik guza.

Jednak to podejście wciąż stanowi poważne wyzwanie. Czerwone krwinki są całkowicie zależne od glikolizy, aby uzyskać energię. Gdy LDH jest hamowane, są podatne na uszkodzenia i hemolizę.

Dlatego zespół badawczy nadal pracuje nad rozwojem bardziej selektywnych cząsteczek, które będą oddziaływać na komórki nowotworowe, ograniczając jednocześnie ich wpływ na zdrowe komórki.

Dieta i mikrobiota jelitowa modulują odpowiedź immunologiczną

W ostatnich latach mikrobiom jelitowy uważany jest za jeden z najbardziej wpływowych obszarów leczenia raka.

Badania opublikowane w czasopismach Nature Medicine i Cell pokazują, że bakterie jelitowe nie tylko wspomagają trawienie, ale także biorą udział w regulacji odporności.

Kilka grup badawczych odkryło, że pacjenci o różnych mikrobiomach reagują odmiennie na immunoterapię. Niektóre bakterie pobudzają aktywność limfocytów T, podczas gdy inne utrudniają układowi odpornościowemu rozpoznawanie komórek nowotworowych.

Badając to powiązanie, naukowcy skupili się na cholinie, składniku odżywczym powszechnie występującym w mięsie i owocach morza.

Po dostaniu się do jelita cholina jest rozkładana przez niektóre bakterie do TMA. Następnie wątroba przekształca TMA w TMAO.

Kilka niezależnych badań przeprowadzonych przez Ludwig Cancer Institute i Johns Hopkins University wykazało, że poziom TMAO we krwi pacjentów z rakiem wątroby jest ściśle związany ze skutecznością leczenia. Pacjenci z wysokim poziomem TMAO często słabo reagują na terapię anty-PD1 i mają krótszy czas przeżycia.

Aby przetestować ten mechanizm, zespoły badawcze przeprowadziły eksperymenty na modelach mysich. U myszy karmionych dietą bogatą w cholinę, poziom TMAO gwałtownie wzrósł.

W rezultacie immunoterapia staje się mniej skuteczna, nawet gdy lek jest podawany w odpowiedniej dawce i we właściwym czasie. Z kolei zahamowanie enzymu bakteryjnego odpowiedzialnego za powstawanie TMA powoduje znaczne obniżenie poziomu TMAO, a układ odpornościowy staje się bardziej aktywny. Zdolność układu odpornościowego do reagowania na leki anty-PD1 zostaje przywrócona.

Według profesora Chi, przyszłość leczenia raka prawdopodobnie będzie łączyć leki ukierunkowane na metabolizm, immunoterapię, żywienie oparte na rytmie dobowym oraz ciągły monitoring z wykorzystaniem sztucznej inteligencji. To połączenie stworzy kompleksowy i spersonalizowany model leczenia.

Badania, które prowadził przez 30 lat, dowiodły, że rak to nie tylko choroba spowodowana mutacją genu, ale również choroba będąca wynikiem zaburzeń zegara biologicznego, zaburzeń metabolicznych i zaburzeń odporności.

Tylko dzięki zrozumieniu całości tych warstw regulacyjnych medycyna może opracować naprawdę skuteczne metody leczenia.

Źródło: 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