Новое исследование может изменить подход медицины к лечению рака в эпоху искусственного интеллекта

(Дэн Три) - Новые открытия в области биологических часов и клеточного метаболизма считаются ключом к созданию более эффективных методов лечения рака в эпоху искусственного интеллекта.

На семинаре «Передовые материалы, энергетические технологии и здравоохранение в эпоху искусственного интеллекта» в рамках Недели науки и технологий VinFuture 2025 профессор Данг Ван Чи представил исследования, показывающие, что циркадные ритмы и клеточный метаболизм играют ключевую роль в определении эффективности иммунотерапии и таргетных препаратов.

Профессор Данг Ван Чи рассказывает о «биологических ритмах, метаболизме раковых клеток и иммунотерапии» (Фото: Хай Йен).

Циркадные ритмы играют ключевую роль в контроле раковых клеток

Циркадный ритм считается одной из важнейших регуляторных систем организма человека. Этот механизм функционирует через сеть генов, функционирующих в 24-часовом цикле. В этой сети BMAL1 и CLOCK являются двумя центральными факторами, регулирующими сон, энергетический обмен веществ, гормональный фон и гомеостаз.

Когда биологические часы работают ритмично, клетки имеют чёткие периоды работы и отдыха. Когда этот ритм нарушается, способность к восстановлению ДНК снижается, и многие жизненные процессы нарушаются.

Анализы, опубликованные в журналах Cell Metabolism и Nature Reviews Cancer, показывают, что нарушение циркадных ритмов не только влияет на сон и обмен веществ, но и ослабляет иммунную систему. Когда иммунные клетки активируются в неподходящее время, организму сложнее обнаруживать и уничтожать аномальные клетки, которые могут стать источником рака.

Чтобы лучше понять этот механизм, учёные часто используют модели животных. Это стандартный метод в биомедицинских исследованиях, поскольку он позволяет контролировать гены, среду обитания и активность клеток, что невозможно в исследованиях на людях. Во многих экспериментах выбирают мышей, поскольку их генетические и биологические механизмы схожи с человеческими.

Когда исследователи удалили ген BMAL1 у мышей, у животных проявился ряд признаков расстройств, таких как преждевременное старение, нарушение обмена веществ и более быстрое, чем обычно, образование опухолей.

Эти результаты свидетельствуют о том, что при отключении циркадных часов клетки теряют способность к контролируемому делению и становятся более восприимчивыми к состоянию аномальной пролиферации.

Объясняя этот механизм, профессор Данг Ван Чи сказал: «Биологические часы подобны командному центру. Они решают, когда клеткам следует быть активными, а когда им нужен отдых для восстановления. Когда этот механизм нарушается, процесс деления клеток становится хаотичным и создаёт условия для появления раковых клеток».

Циркадные ритмы также влияют на активность иммунной системы. Многочисленные международные исследования показали, что Т-клетки и макрофаги наиболее активны утром.

Считается, что именно поэтому пациенты, как правило, лучше реагируют на иммунотерапию, проводимую в это время. Ожидается, что подход к лечению, основанный на биологическом хронометраже, обеспечит более высокую эффективность и снизит ненужную токсичность.

Метаболическое перепрограммирование создает условия для неконтролируемой пролиферации

В своей презентации, посвящённой молекулярным механизмам развития рака, профессор Чи подчеркнул центральную роль гена MYC. Это один из самых влиятельных генов, ответственных за развитие рака, который встречается в большинстве распространённых видов рака.

Этот ген не только стимулирует деление клеток, но и нарушает их циркадный ритм. При нарушении молекулярного ритма раковые клетки выходят из-под контроля естественных механизмов и продолжают размножаться.

Во время своей работы в Калифорнийском университете в Сан-Франциско профессор Чи впервые продемонстрировал связь между повышенной активностью MYC и глубокими изменениями в способе производства энергии клетками.

При сильной активации MYC клетка становится более зависимой от гликолиза и продукции лактата. Этот каскад реакций контролируется ферментом лактатдегидрогеназой А.

Опубликованные исследования Института Вистара и Университета Джонса Хопкинса показывают, что MYC способствует гиперактивации ЛДГ А, в результате чего клетки переходят в аномальное метаболическое состояние, известное как эффект Варбурга.

При эффекте Варбурга раковые клетки потребляют глюкозу очень быстро и производят большое количество молочной кислоты даже при достаточном количестве кислорода. Этот процесс обеспечивает быстрый источник энергии для непрерывного деления клеток. Молочная кислота накапливается, создавая кислую среду вокруг опухоли.

Это подавляет активность иммунных клеток, поскольку многие Т-клетки не могут эффективно функционировать в кислой среде. Это один из способов, с помощью которого раковые клетки создают безопасную зону, помогающую им избегать атак.

Профессор Чи утверждает, что метаболизм — основа роста. Если мы сможем обеспечить поступление энергии, мы ослабим преимущество опухоли в её ядре.

Основываясь на этом принципе, его лаборатория разработала группу молекул, способных ингибировать ЛДГ. Эксперименты на мышах показали, что ингибиторы ЛДГ замедляют рост опухоли и значительно улучшают микросреду.

При снижении уровня молочной кислоты иммунные клетки могут проникать в опухоль и функционировать более эффективно. В частности, при сочетании ингибиторов ЛДГ с антителами к PD1 во многих моделях было зафиксировано полное исчезновение опухоли.

Однако этот подход всё ещё сталкивается с серьёзной проблемой. Эритроциты полностью зависят от гликолиза в качестве источника энергии. При ингибировании ЛДГ они уязвимы к повреждениям и гемолизу.

Вот почему исследовательская группа продолжает разрабатывать более селективные молекулы, которые воздействуют на раковые клетки, ограничивая при этом воздействие на здоровые клетки.

Диета и микробиота кишечника модулируют иммунный ответ

В последние годы микробиом кишечника считается одной из наиболее влиятельных областей в лечении рака.

Опубликованные в журналах Nature Medicine и Cell исследования показывают, что кишечные бактерии не только способствуют пищеварению, но и участвуют в регуляции иммунитета.

Несколько исследовательских групп обнаружили, что пациенты с разным микробиомом по-разному реагируют на иммунотерапию. Некоторые бактерии повышают активность Т-клеток, в то время как другие затрудняют распознавание раковых клеток иммунной системой.

Исследуя эту связь, ученые сосредоточились на холине — питательном веществе, которое обычно содержится в мясе и морепродуктах.

Попадая в кишечник, холин расщепляется некоторыми бактериями до ТМА. Затем печень преобразует ТМА в ТМАО.

Несколько независимых исследований, проведённых Институтом рака Людвига и Университетом Джонса Хопкинса, показали, что уровень ТМАО в крови пациентов с раком печени тесно связан с эффективностью лечения. Пациенты с высоким уровнем ТМАО часто плохо реагируют на анти-PD1 терапию и имеют более короткую продолжительность жизни.

Чтобы проверить этот механизм, исследовательские группы провели эксперименты на мышах. Когда мышей кормили пищей, богатой холином, уровень ТМАО резко возрастал.

В результате иммунотерапия становится менее эффективной даже при применении препарата в правильной дозе и в нужное время. Напротив, при ингибировании бактериального фермента, ответственного за образование ТМА, уровень ТМАО значительно снижается, а иммунная система становится более активной. Способность реагировать на анти-PD1 препараты восстанавливается.

По мнению профессора Чи, будущее лечения рака, вероятно, будет сочетать в себе препараты, воздействующие на метаболизм, иммунотерапию, питание с контролем циркадных ритмов и непрерывный мониторинг с использованием искусственного интеллекта. Такое сочетание создаст комплексную и персонализированную модель лечения.

Исследования, которые он проводил на протяжении 30 лет, доказали, что рак — это не только заболевание генной мутации, но и заболевание, вызванное нарушением биологических часов, метаболическим дисбалансом и иммунным дисбалансом.

Только понимая всю совокупность этих регуляторных уровней, медицина может разрабатывать действительно эффективные методы лечения.

Источник: 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