В этом году около 240 000 человек в США обнаружат, что у них рак легких. Примерно у 200 000 из них будет диагностирован немелкоклеточный рак легкого, который является второй по значимости причиной смерти после сердечно-сосудистых заболеваний.

Исследователь Технологического института Джорджии Ахмет Коскун работает над улучшением шансов для этих пациентов в двух недавно опубликованных исследованиях, которые в основном сосредоточены на понимании того, почему и как пациенты по-разному реагируют на болезнь и лечение.

«Мы узнали, что связь и связь между молекулами и клетками — это то, что действительно контролирует все, в том числе в отношении того, выздоровеют ли пациенты или как они будут реагировать на лекарства», — сказал Коскун, доцент кафедры Уоллеса Х. Коултера. биомедицинской инженерии в Технологическом институте Джорджии и Университете Эмори.

Опубликованные в журналах npj Precision Oncology и iScience исследования подробно описывают разработку инструментов и методов для глубокого изучения микроокружения опухоли на субклеточном уровне с использованием опыта лаборатории Coskun в сочетании методов мультиплексной клеточной визуализации с искусственным интеллектом.

«Мы лучше понимаем клеточную передачу сигналов и принятие решений, а также то, как они координируются в микроокружении опухоли , что может привести к более персонализированному и точному лечению этих пациентов», — сказал Коскун, которого очень интересует, почему некоторые пациенты реагируют перед новаторскими иммунотерапевтическими препаратами, а некоторые нет.

Имея это в виду, его команда разработала SpatialVizScore, новый метод, который они описывают в npj Precision Oncology , для глубокого изучения иммунологии опухолей в раковых тканях и определения того, какие пациенты с большей вероятностью реагируют на иммунотерапию. Это значительное обновление существующей стандартной методологии Immunoscore, используемой врачами-онкологами и исследователями.

Оценка иммунитета

Immunoscore используется в качестве прогностического инструмента, измеряющего, насколько хорошо иммунные клетки организма окружают опухоль и проникают в нее. Он показал себя многообещающим в прогнозировании риска рецидива заболевания у пациента, что является ключевым шагом в разработке индивидуального плана лечения. Высокий балл указывает на лучшую инфильтрацию иммунных клеток, а низкий балл указывает на больший риск рецидива.

Но иммунные клетки являются движущимися мишенями и демонстрируют высокий уровень молекулярной сложности, который не всегда может быть адекватно уловлен обычными методами Immunoscore. С помощью SpatialVizScore команда Коскуна расширила возможности иммуноскоринга.

В то время как стандартный метод рассматривает, как Т-клетки взаимодействуют с опухолями, система Коскуна рассматривает взаимодействие дополнительных иммунных клеток, таких как макрофаги , которые имеют два подтипа — М1 и М2, которые часто конфликтуют. M1 помогает устранить патогены, а M2 может способствовать росту опухоли.

Система мультиплексной визуализации Coskun рассматривает все это, визуализируя, как эти клетки общаются и взаимодействуют друг с другом и с раковыми клетками не только внутри опухоли и вокруг нее, но и в окружающей опухоли среде.

«Поскольку раковые клетки и иммунные клетки не всегда находятся рядом друг с другом, мы визуализируем пространственную связь и визуализируем сообщества клеток или окрестности», — сказал Коскун. «Но мы смотрим не только на раковую клетку, взаимодействующую с иммунной клеткой. Мы также смотрим на иммунные взаимодействия. Изучая эффекты этих различных взаимодействий, мы можем объяснить опухоль и прийти к разработать более полную иммуноскору».

Увеличение

В исследовании iScience команда отходит от сообществ и окрестностей клеток. Вместо этого они фокусируются на субклеточных межбелковых сетях взаимодействия, которые могут влиять на сигнальные пути при раке, когда молекулы в клетке работают вместе, чтобы контролировать функцию клетки, которая может быть делением или гибелью клетки.

Каждая молекула активирует другую молекулу, и процесс повторяется по «пути» до тех пор, пока последняя молекула в очереди не будет активирована и функция клетки — хорошая или плохая — не будет выполняться. Аномальная активация пути может привести к раку, но некоторые лекарства нацелены на определенные вовлеченные молекулы и могут препятствовать росту раковых клеток.

Коскун и его команда используют свои инструменты мультиплексной визуализации и машинное обучение для исследования белок-белковых взаимодействий , чтобы расшифровать патогенез сигнальных путей, которые способствуют лекарственной устойчивости при немелкоклеточном раке легкого .

«Мы можем наблюдать и картировать активность белков», — сказал Коскун, чья команда разработала технику визуализации с субклеточным разрешением, называемую быстрой мультиплексной иммунофлуоресценцией (RapMIF).

«Белки принимают решения, влияющие на наши клетки», — добавил Коскун. «Теперь мы можем видеть, как они общаются, как они влияют на то, что в конечном итоге делают наши клетки. Это сигнальный подход к открытию, который можно использовать при разработке прецизионных методов лечения и, в конечном итоге, помочь большему количеству пациентов, борющихся с раком».