Odkrycia, które może okazać się rewolucją w leczeniu chorób nowotworowych, dokonano właśnie w Massachusetts Institute of Technology. Profesor Leonid Mirny – pod którego przewodnictwem prowadzone były badania – skomentował przełomową teorię specjalnie dla serwisu Biotechnologia.pl

Tradycyjne, stosowane współcześnie metody walki z chorobami nowotworowymi -  polegają przede wszystkim na poddawaniu pacjentów naświetlaniom promieniowaniem jonizującym, podawaniu im olbrzymich ilości leków cytostatycznych oraz chirurgicznym wycinaniu zmienionych chorobowo tkanek. Wszystkie te sposoby – nawet zastosowane jednocześnie – nie gwarantują jednak skutecznego wyleczenia raka. Co więcej, każda z wymienionych metod jest dla chorego nie tylko bardzo uciążliwa, ale także może okazać się niebezpieczna.

Stosowane w chemioterapii cytostatyki, w równym stopniu zwalczają komórki ze zmianami nowotworowymi, jak i te całkiem zdrowe. To samo dotyczy radioterapii, czyli naświetlań – promieniowanie jonizujące nie rozróżnia przecież, czy dane komórki są zdrowe, czy nie. Chirurgia natomiast, jest niewątpliwą ingerencją w to, co stworzyła natura i jako taka – zawsze niesie ze sobą pewne ryzyko.

Od wielu lat trwają badania, mające na celu udoskonalenie aktualnie stosowanych metod leczenia raka, a także - wynalezienia nowych, skutecznych lekarstw. Na szeroką skalę prowadzone są też testy rozwiązań opartych na właściwościach określonych białek – ale także na odkryciach nanotechnologii – dzięki którym,  podawane leki cytostatyczne będą bardzo precyzyjnie „wstrzeliwać się” w komórki zmienione przez nowotwór.

Niestety, chociaż błyskawiczny rozwój nauki i techniki pozwala sądzić, że od odkrycia skutecznego leku na raka dzieli nas dosłownie chwila, to końca wspomnianych badań nie widać. Mimo, że nad problemem łamią sobie głowy lekarze oraz naukowcy reprezentujący niemal wszystkich dziedziny.

Kiedy w 2009 roku grupa amerykańskich naukowców ogłosiła stworzenie pierwszego trójwymiarowego modelu ludzkiego genomu - nikt prawdopodobnie nie przypuszczał, że niespełna dwa lata później osiągnięcie to stanie się fundamentem przełomowego odkrycia. Odkrycia, które może okazać się kluczowe dla odnalezienia uniwersalnego sposobu na nowotwory.

Tak zwane „modelowanie 3D” jest opartą na zaawansowanych mechanizmach matematycznych metodą przedstawiania trójwymiarowego wizerunku rzeczywistości na ekranie monitora komputerowego. Tak wygenerowany obraz może być oczywiście przeniesiony na chociażby kartkę papieru, ale nie w tym rzecz. Otóż wykonanie pełnego i szczegółowego modelu 3D ludzkiego genomu jest - ze względu na poziom jego skomplikowania – niezmiernie trudne. Tym bardziej trudne jest prowadzenie na tej podstawie wszelkiego rodzaju symulacji. Wymaga to użycia komputerów o wielkich mocach obliczeniowych  oraz idealnie dopracowanych algorytmów.

Udało się to jednak naukowcom z Massachusetts Institute of Technology. Zespół pod kierunkiem profesora Leonida Mirny’ego postanowił w ten sposób zbadać prawdziwość i konsekwencje pewnej znanej cechy komórek nowotworowych. Polega ona na tym, że zmiany następujące w spirali DNA powodują powielanie niektórych jej części, a usuwanie innych. Według dotychczasowych teorii - powoduje to, że zrakowaciałe komórki łatwiej rozprzestrzeniają się w organizmie oraz nabierają charakteru „złośliwego”. Tymczasem…

Istnieją coraz silniejsze dowody na to, że alteracje strukturalne osłabiają nowotwór, zamiast go wzmacniać – jak dziś się uważa. Pracujemy nad sprawdzeniem tej hipotezy oraz znalezieniem odpowiednich „celów” dla działania lekarstw. Jest bardzo możliwe, że część ze stosowanych współcześnie środków – niejako nieświadomie – wykorzystuje właśnie tę słabą stronę komórek rakowych. Głębsze zrozumienie funkcjonowania mechanizmów na poziomie molekularnym z pewnością przyczyni się do przyspieszenia postępu we wprowadzaniu coraz skuteczniejszych i bardziej celowych leków -  komentuje specjalnie dla serwisu Biotechnologia.pl profesor Mirny.

W ramach prowadzonych przez jego zespół badań udało się udowodnić, że trójwymiarowość materiału genetycznego komórki - sama w sobie - ma olbrzymi wpływ na prawdopodobieństwo wystąpienia wspomnianych wcześniej zmian nowotworowych. Wyniki badań ogłoszone zostały w listopadowym numerze czasopisma Nature Biotechnology.

Dzięki dokładnej analizie modelu 3D udowodniono przede wszystkim, że naturalne zetknięcie się dowolnych dwóch – lub więcej – punktów trójwymiarowej struktury genetycznej. zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia w tym miejscu duplikacji lub usunięcia części materiału genetycznego. A to jest zjawisko charakterystyczne właśnie dla nowotworów.

U podstaw całego odkrycia leżą skomplikowane algorytmy i obliczenia matematyczne, związane z modelowaniem trójwymiarowym oraz analizą statystyczną. To nowa droga, dotąd bowiem - w kontekście poszukiwania skutecznych sposobów leczenia nowotworów – eksplorowano głównie ścieżki typowo „medyczne” i biologiczno-chemiczne. Dziś jednak, to matematyka właśnie – zwana nie bez powodów królową wszystkich nauk – zdaje się kierować badania na właściwe tory. Dzięki osiągnięciom bioinformatycznym naukowców z MIT – otwierają się przed nami zupełnie nowe drogi w walce z chorobami nowotworowymi.

Niestabilność i modyfikacje chromosomowe, to typowe wyróżniki raka. Chociaż dziś nie wiadomo nic o innych chorobach powodowanych przez te czynniki, to jednak scharakteryzowanie struktury chromatynowej oraz dalsze studia nad genomem – mogą w przyszłości wykazać, że zmiany te odpowiadają również za inne choroby – dodaje profesor Leonid Mirny, odpowiadając na moje pytanie o przyszłość prowadzonych pod jego kierunkiem badań.

Źródło: MIT oraz korespondencja własna

Red.: Adam Czajczyk