Нове дослідження може змінити підхід медицини до лікування раку в епоху штучного інтелекту

(Ден Трі) - Нові відкриття щодо біологічного годинника та клітинного метаболізму вважаються ключем до створення більш ефективних методів лікування раку в епоху штучного інтелекту.

На семінарі «Передові матеріали, енергетичні технології та охорона здоров'я в епоху штучного інтелекту» в рамках Тижня науки і технологій VinFuture 2025 професор Данг Ван Чі представив дослідження, яке показує, що циркадні ритми та клітинний метаболізм відіграють ключову роль у визначенні ефективності імунотерапії та таргетних препаратів.

Професор Данг Ван Чі розповідає про «Біологічні ритми, метаболізм раку та імунотерапію» (Фото: Хай Єн).

Циркадні ритми відіграють ключову роль у контролі ракових клітин

Циркадний ритм вважається однією з найважливіших регуляторних систем людського організму. Цей механізм працює через генну мережу, яка працює в 24-годинному циклі. У ній BMAL1 та CLOCK є двома центральними факторами, що допомагають регулювати сон, енергетичний обмін, гормони та гомеостаз.

Коли біологічний годинник працює ритмічно, клітини мають чіткий робочий та відпочинковий періоди. Коли цей ритм порушується, здатність до відновлення ДНК знижується, багато життєвих процесів порушуються.

Аналізи, опубліковані в Cell Metabolism та Nature Reviews Cancer, показують, що порушення циркадного ритму не лише впливає на сон і метаболізм, але й послаблює імунну систему. Коли імунні клітини активуються в невідповідний час, організму важче виявляти та знищувати аномальні клітини, які можуть стати насіннєвим матеріалом раку.

Щоб краще зрозуміти цей механізм, вчені часто використовують моделі на тваринах. Це стандартний метод у біомедичних дослідженнях, оскільки він дозволяє контролювати гени, середовище проживання та активність клітин, що неможливо в дослідженнях на людях. У багатьох експериментах мишей обирають, оскільки їхня генетика та біологічні механізми схожі на людські.

Коли дослідники видалили ген BMAL1 у мишей, у тварин проявився ряд ознак таких розладів, як передчасне старіння, метаболічний дисбаланс та швидше, ніж зазвичай, утворення пухлин.

Ці результати свідчать про те, що коли циркадний годинник вимкнений, клітини втрачають здатність до контрольованого поділу та стають більш схильними до стану аномальної проліферації.

Пояснюючи цей механізм, професор Данг Ван Чі сказав: «Біологічний годинник подібний до командного центру. Він вирішує, коли клітини повинні бути активними, а коли їм потрібно відпочивати для відновлення. Коли цей механізм порушений, процес поділу клітин стає хаотичним і створює умови для появи ракових клітин».

Циркадні ритми також впливають на активність імунної системи. Багато міжнародних досліджень показали, що Т-клітини та макрофаги найбільш активні вранці.

Вважається, що саме тому пацієнти, як правило, краще реагують на імунотерапію, якщо їх лікують у цей час. Очікується, що біологічний підхід до лікування за часом забезпечить вищу ефективність та зменшить непотрібну токсичність.

Метаболічне перепрограмування створює умови для неконтрольованої проліферації

У своїй презентації про молекулярний механізм раку професор Чі наголосив на центральній ролі гена MYC. Це один з найвпливовіших генів раку, який зустрічається в більшості поширених видів раку.

Цей ген не лише сприяє поділу клітин, але й порушує циркадний ритм клітини. Коли молекулярний ритм порушується, ракові клітини виходять з-під контролю природних механізмів і продовжують розмножуватися.

Під час своєї роботи в Каліфорнійському університеті в Сан-Франциско професор Чі вперше показав зв'язок між надмірною активністю MYC та глибокими змінами у способі вироблення енергії клітинами.

Коли MYC сильно активований, клітина стає більш залежною від гліколізу та вироблення лактату. Цей каскад реакцій контролюється ферментом лактатдегідрогеназою А.

Опубліковані дослідження, проведені в Інституті Вістар та Університеті Джонса Гопкінса, показують, що MYC сприяє гіперактивації ЛДГ А, що призводить до переходу клітин у аномальний метаболічний стан, відомий як ефект Варбурга.

У процесі ефекту Варбурга ракові клітини споживають глюкозу з дуже високою швидкістю та виробляють багато молочної кислоти, навіть коли кисню достатньо. Цей процес забезпечує швидке джерело енергії для безперервного розмноження клітин. Молочна кислота накопичується, роблячи середовище навколо пухлини кислим.

Це перешкоджає активності імунних клітин, оскільки багато Т-клітин не можуть ефективно функціонувати в кислому середовищі. Це один зі способів, яким ракові клітини створюють безпечну зону, що допомагає їм уникнути атаки.

Професор Чі стверджує, що метаболізм є основою росту. Якщо ми можемо порушити енергопостачання, ми послаблюємо основну перевагу пухлини.

Ґрунтуючись на цьому принципі, його лабораторія розробила групу молекул, які можуть пригнічувати ЛДГ. Експерименти на мишах показали, що інгібітори ЛДГ знижують швидкість росту пухлини та значно покращують мікрооточення.

Коли рівень молочної кислоти знижується, імунні клітини можуть проникати всередину та функціонувати ефективніше. Примітно, що коли інгібітори ЛДГ поєднуються з антитілами до PD1, багато моделей зафіксували повне зникнення пухлини.

Однак цей підхід все ще стикається зі значними труднощами. Еритроцити повністю залежать від гліколізу для отримання енергії. Коли ЛДГ пригнічений, вони вразливі до пошкодження та гемолізу.

Саме тому дослідницька група продовжує розробляти більш селективні молекули, які впливають на ракові клітини, обмежуючи вплив на здорові клітини.

Дієта та кишкова мікробіота модулюють імунну відповідь

В останні роки кишковий мікробіом вважається однією з найважливіших областей у лікуванні раку.

Опубліковані в Nature Medicine and Cell дослідження показують, що кишкові бактерії не тільки сприяють травленню, але й беруть участь у регуляції імунітету.

Кілька дослідницьких груп виявили, що пацієнти з різними мікробіомами по-різному реагують на імунотерапію. Деякі бактерії посилюють активність Т-клітин, тоді як інші ускладнюють для імунної системи розпізнавання ракових клітин.

Досліджуючи цей зв'язок, вчені зосередилися на холіні, поживній речовині, яка зазвичай міститься в м'ясі та морепродуктах.

Потрапляючи в кишечник, холін розщеплюється певними бактеріями на ТМА. Потім печінка перетворює ТМА на ТМАО.

Кілька незалежних досліджень, проведених Інститутом раку Людвіга та Університетом Джонса Гопкінса, показали, що рівень TMAO у крові пацієнтів з раком печінки тісно пов'язаний з ефективністю лікування. Пацієнти з високим рівнем TMAO часто погано реагують на терапію анти-PD1 та мають коротший час виживання.

Щоб перевірити цей механізм, дослідницькі групи провели експерименти на мишах. Коли мишей годували раціоном, багатим на холін, рівень TMAO різко зростав.

В результаті імунотерапія стає менш ефективною, навіть коли препарат вводиться в правильній дозі та в правильний час. І навпаки, коли бактеріальний фермент, відповідальний за утворення TMA, пригнічується, рівень TMAO значно знижується, а імунна система стає більш активною. Здатність реагувати на препарати проти PD1 відновлюється.

За словами професора Чі, майбутнє лікування раку, ймовірно, поєднуватиме метаболічно-таргетні препарати, імунотерапію, циркадний режим харчування та безперервний моніторинг за допомогою штучного інтелекту. Таке поєднання створює комплексну та персоналізовану модель лікування.

Дослідження, які він проводив протягом 30 років, довели, що рак — це не лише хвороба генної мутації, а й хвороба порушення біологічного годинника, метаболічного дисбалансу та імунного дисбалансу.

Тільки розуміючи сукупність цих регуляторних рівнів, медицина може розробити справді ефективні методи лікування.

Джерело: 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