پزشکی و سلامت

نقشه‌های ۳ بعدی دقیق اسرار رشد تومورهای سرطانی را فاش کردند

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : نقشه‌های دقیقی که موقعیت سلول‌ها را در تومورها مشخص می‌کنند و بیولوژی تومورها را تحت بررسی قرار می‌دهند، بینش‌هایی را در مورد ایجاد چندین نوع سرطان از جمله پستان، روده بزرگ و لوزالمعده ارائه می‌دهند و می‌توانند منجر به درمان‌های بالقوه شود.

در بخشی از ۱۲ مقاله منتشر شده در مجلات نیچر در تاریخ ۳۰ اکتبر ۲۰۲۴، محققان شبکه اطلس تومور انسانی(HTAN) صدها هزار سلول از بافت انسان و حیوان را تجزیه و تحلیل کردند.

برخی از این مطالعات، نقشه‌های سه بعدی سلول‌ها معروف به «اطلس سلولی» را در تومورها توصیف می‌کنند، در حالی که برخی دیگر «ساعت‌های مولکولی» ایجاد می‌کنند که تغییرات سلولی را که منجر به سرطان می‌شود، ردیابی می‌کنند.

کن لائو(Ken Lau) زیست‌شناس سلولی محاسباتی در مرکز پزشکی دانشگاه وندربیلت(Vanderbilt) و یکی از نویسندگان مطالعه‌ای که زمان‌بندی سلولی را ثبت می‌کند، می‌گوید: بکارگیری این ابزارهای جدید برای سرطان به ما این امکان را می‌دهد که با لنزهای متفاوتی به آنها نگاه کنیم. ما واقعاً می‌توانیم چیزهایی را ببینیم که قبلاً نمی‌توانستیم ببینیم.

ترسیم تومورها

در برخی از این مطالعات، محققان اطلس‌هایی ایجاد کردند که به آنها اجازه می‌داد تومورها را با وضوح تک سلولی مطالعه کنند و چگونگی شروع سرطان را بررسی کنند.

یک تیم، سازماندهی سلول‌ها را در ۱۳۱ نمونه از شش نوع سرطان از جمله سرطان پستان، روده بزرگ، لوز المعده و کلیه، مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند.

دانشمندان دریافتند که نواحی متمایز در یک تومور می‌توانند واکنش متفاوتی به داروها نشان دهند.

درک اینکه چگونه خوشه‌های مختلف سلول‌های سرطانی به درمان‌ها پاسخ می‌دهند، می‌تواند به محققان کمک کند تا درمان‌های موثرتری طراحی کنند.

مطالعات دیگر از نقشه‌برداری و ترسیم سه‌بعدی برای مطالعه نمونه‌هایی از پولیپ‌های روده بزرگ استفاده کردند. پولیپ به رشد غیر طبیعی در پوشش روده گفته می‌شود که می‌تواند سرطانی شود.

محققان تغییرات مولکولی را در سلول‌های پولیپ شناسایی کردند، از جمله از دست دادن اتصالات DNA و تغییرات در فعالیت ژن‌ها و همچنین تغییرات در پاسخ ایمنی، رشد سلولی و متابولیسم هورمونی که در اوایل اتفاق می‌افتد و می‌تواند باعث سرطانی شدن سلول‌های پولیپ شود.

عمر ییلماز(Ömer Yilmaz) زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در موسسه فناوری ماساچوست می‌گوید: درمان‌هایی که این تغییرات را هدف قرار می‌دهند، می‌توانند درمان‌های سرطان و مداخلات اولیه سلامت را مؤثرتر کنند.

وی افزود: بهترین درمان برای سرطان، پیشگیری از آن است و اگر بتوانیم درک کنیم که جمعیت‌های مختلف سلولی چگونه به محیط و رژیم غذایی واکنش نشان می‌دهند، چه چیزی بر شروع تومور تأثیر می‌گذارد و چگونه کلون‌های مختلف در این فرآیند نقش دارند، می‌توان به روش‌های پیشگیری یا تشخیص بهتر رسید.

بینش‌های ایمنی

سایر اطلس‌ها سرنخ‌هایی در مورد اینکه چرا درمان برخی از انواع سرطان نسبت به سایرین چالش‌برانگیزتر است، ارائه می‌دهند.

دنیل آبراوانل(Daniel Abravanel) پزشک و دانشمند در موسسه سرطان دانا-فاربر در بوستون ماساچوست و یکی از نویسندگان مطالعه‌ای در مورد سرطان پستان می‌گوید: تومورها فقط از سلول‌های سرطانی تشکیل نشده‌اند. برای مثال، ایمنی‌درمانی‌ها مستقیماً سلول‌های سرطانی را هدف قرار نمی‌دهند، بلکه هدف‌شان کمک به سیستم ایمنی برای از بین بردن آنهاست و نسبت به انواع دیگر درمان‌ها در برابر سرطان پستان مؤثر نیستند.

آبراوانل و همکارانش برای بررسی علت این موضوع، یک اطلس تومور سه‌بعدی با استفاده از ده‌ها نمونه از ۶۰ فرد مبتلا به انواع تهاجمی سرطان پستان ایجاد کردند. آنها نحوه توزیع سلول‌های ایمنی را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که برخی از انواع سلول‌های ایمنی در تومورهای خاص، به ویژه در افرادی که ایمنی‌درمانی دریافت کرده بودند، شایع‌تر از سایرین است.

برای سه نفر، بیوپسی‌های گرفته شده از یک تومور به فاصله ۷۰ تا ۲۲۰ روز تفاوت‌هایی را در سطوح سلول‌های ایمنی به نام سلول‌های T و ماکروفاژها نشان داد. در دو مورد نیز تعداد این سلول‌ها با گذشت زمان کاهش یافته بود، در حالی که در مورد سوم افزایش یافته بود.

برایان لمان(Brian Lehmann) متخصص سرطان پستان و محققی که در زمینه ژنومیک در مرکز سرطان واندربیلت تخصص دارد، می‌گوید: این واقعاً نشان می‌دهد که ریزمحیط ایمنی چقدر پویاست و می‌تواند توضیح دهد که چرا تلاش‌ها برای توصیف تومورها و پیش‌بینی پاسخ‌ها به درمان‌ها از یک نمونه‌برداری در یک نقطه زمانی واحد، نتایج متناقضی داشته است.

در مطالعه دیگری محققان دریافتند که برخی از زیرگروه‌های تهاجمی سرطان پستان، سلول‌های ایمنی بیشتری نسبت به سایرین دارند و به نظر می‌رسد در طول زمان «فرسوده» می‌شوند. این سلول‌ها پروتئینی به نام CTLA4 را بیان کردند که توانایی آنها را برای پاسخ به تومورها محدود می‌کند.

درمان‌هایی که CTLA4 را هدف قرار می‌دهند، نتایج امیدوارکننده‌ای را در درمان ملانوما و سرطان ریه نشان داده‌اند.

لمان می‌گوید: این روش، راه‌های بیشتری را برای استفاده از آن درمان در زیرمجموعه‌ای از سرطان‌های پستان باز می‌کند.

ساعت کریسپر

آزمایش‌های دیگر بینش‌هایی را نشان می‌دهد که چگونه سلول‌ها در وهله اول سرطانی می‌شوند.

لائو و همکارانش در مطالعه سرطان روده بزرگ، «ساعت مولکولی» را برای ردیابی اینکه چگونه سلول‌های طبیعی شروع به سرکشی و تکثیر غیر قابل کنترل در روده می‌کنند، مهندسی کردند. آنها از تجزیه و تحلیل تک سلولی و ابزار ویرایش ژن کریسپر(CRISPR) برای ایجاد جهش در DNA هر سلول استفاده کردند.

این جهش‌ها به عنوان مهرهای زمانی عمل می‌کردند و جدول زمانی تغییرات و تقسیمات هر سلول را ثبت می‌کردند.

لائو و تیمش این رویکرد را روی ۴۱۸ پولیپ روده بزرگ انسانی به کار بردند و دریافتند که تا ۳۰ درصد از پولیپ‌ها از چندین نوع سلول منشاء می‌گیرند، نه از یک سلول.

در ۶۰ درصد از پولیپ‌ها نیز یک گروه از سلول‌ها با رشد پولیپ شروع به «سبقت گرفتن» از دیگر سلول‌ها کردند و به تومور تبدیل شدند.

دو مطالعه مشابه روی موش‌ها شامل تجزیه و تحلیل ۲۶۰ هزار و ۹۲۲ سلول منفرد از ۱۱۲ نمونه بافت روده نشان داد که ترکیبی از سلول‌ها به طور جمعی شروع کننده تومورهای روده بزرگ هستند.

این یافته‌ها تصور قبلی را مبنی بر اینکه سرطان‌های روده بزرگ از سلول‌های سرکش منفرد در پوشش روده به وجود می‌آیند و می‌تواند فرصت‌هایی را برای تشخیص و مداخله زودهنگام باز کند، باطل می‌کند.

لائو می‌گوید: در ارزیابی خطر رشدهای پیش‌سرطانی، هرچه تومور بزرگتر باشد، خطر بیشتری دارد، اما ساعت مولکولی و تجزیه و تحلیل‌های دیگر نشان می‌دهد که ممکن است نشانگرهای زیستی دیگری از نظر بررسی ژنتیک و فرگشت وجود داشته باشند.

نقشه‌های دقیقی که موقعیت سلول‌ها را در تومورها مشخص می‌کنند و بیولوژی تومورها را تحت بررسی قرار می‌دهند، بینش‌هایی را در مورد ایجاد چندین نوع سرطان از جمله پستان، روده بزرگ و لوزالمعده ارائه می‌دهند و می‌توانند منجر به درمان‌های بالقوه شود.

در بخشی از ۱۲ مقاله منتشر شده در مجلات نیچر در تاریخ ۳۰ اکتبر ۲۰۲۴، محققان شبکه اطلس تومور انسانی(HTAN) صدها هزار سلول از بافت انسان و حیوان را تجزیه و تحلیل کردند.

برخی از این مطالعات، نقشه‌های سه بعدی سلول‌ها معروف به «اطلس سلولی» را در تومورها توصیف می‌کنند، در حالی که برخی دیگر «ساعت‌های مولکولی» ایجاد می‌کنند که تغییرات سلولی را که منجر به سرطان می‌شود، ردیابی می‌کنند.

کن لائو(Ken Lau) زیست‌شناس سلولی محاسباتی در مرکز پزشکی دانشگاه وندربیلت(Vanderbilt) و یکی از نویسندگان مطالعه‌ای که زمان‌بندی سلولی را ثبت می‌کند، می‌گوید: بکارگیری این ابزارهای جدید برای سرطان به ما این امکان را می‌دهد که با لنزهای متفاوتی به آنها نگاه کنیم. ما واقعاً می‌توانیم چیزهایی را ببینیم که قبلاً نمی‌توانستیم ببینیم.

ترسیم تومورها

در برخی از این مطالعات، محققان اطلس‌هایی ایجاد کردند که به آنها اجازه می‌داد تومورها را با وضوح تک سلولی مطالعه کنند و چگونگی شروع سرطان را بررسی کنند.

یک تیم، سازماندهی سلول‌ها را در ۱۳۱ نمونه از شش نوع سرطان از جمله سرطان پستان، روده بزرگ، لوز المعده و کلیه، مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند.

دانشمندان دریافتند که نواحی متمایز در یک تومور می‌توانند واکنش متفاوتی به داروها نشان دهند.

درک اینکه چگونه خوشه‌های مختلف سلول‌های سرطانی به درمان‌ها پاسخ می‌دهند، می‌تواند به محققان کمک کند تا درمان‌های موثرتری طراحی کنند.

مطالعات دیگر از نقشه‌برداری و ترسیم سه‌بعدی برای مطالعه نمونه‌هایی از پولیپ‌های روده بزرگ استفاده کردند. پولیپ به رشد غیر طبیعی در پوشش روده گفته می‌شود که می‌تواند سرطانی شود.

محققان تغییرات مولکولی را در سلول‌های پولیپ شناسایی کردند، از جمله از دست دادن اتصالات DNA و تغییرات در فعالیت ژن‌ها و همچنین تغییرات در پاسخ ایمنی، رشد سلولی و متابولیسم هورمونی که در اوایل اتفاق می‌افتد و می‌تواند باعث سرطانی شدن سلول‌های پولیپ شود.

عمر ییلماز(Ömer Yilmaz) زیست‌شناس سلول‌های بنیادی در موسسه فناوری ماساچوست می‌گوید: درمان‌هایی که این تغییرات را هدف قرار می‌دهند، می‌توانند درمان‌های سرطان و مداخلات اولیه سلامت را مؤثرتر کنند.

وی افزود: بهترین درمان برای سرطان، پیشگیری از آن است و اگر بتوانیم درک کنیم که جمعیت‌های مختلف سلولی چگونه به محیط و رژیم غذایی واکنش نشان می‌دهند، چه چیزی بر شروع تومور تأثیر می‌گذارد و چگونه کلون‌های مختلف در این فرآیند نقش دارند، می‌توان به روش‌های پیشگیری یا تشخیص بهتر رسید.

بینش‌های ایمنی

سایر اطلس‌ها سرنخ‌هایی در مورد اینکه چرا درمان برخی از انواع سرطان نسبت به سایرین چالش‌برانگیزتر است، ارائه می‌دهند.

دنیل آبراوانل(Daniel Abravanel) پزشک و دانشمند در موسسه سرطان دانا-فاربر در بوستون ماساچوست و یکی از نویسندگان مطالعه‌ای در مورد سرطان پستان می‌گوید: تومورها فقط از سلول‌های سرطانی تشکیل نشده‌اند. برای مثال، ایمنی‌درمانی‌ها مستقیماً سلول‌های سرطانی را هدف قرار نمی‌دهند، بلکه هدف‌شان کمک به سیستم ایمنی برای از بین بردن آنهاست و نسبت به انواع دیگر درمان‌ها در برابر سرطان پستان مؤثر نیستند.

آبراوانل و همکارانش برای بررسی علت این موضوع، یک اطلس تومور سه‌بعدی با استفاده از ده‌ها نمونه از ۶۰ فرد مبتلا به انواع تهاجمی سرطان پستان ایجاد کردند. آنها نحوه توزیع سلول‌های ایمنی را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که برخی از انواع سلول‌های ایمنی در تومورهای خاص، به ویژه در افرادی که ایمنی‌درمانی دریافت کرده بودند، شایع‌تر از سایرین است.

برای سه نفر، بیوپسی‌های گرفته شده از یک تومور به فاصله ۷۰ تا ۲۲۰ روز تفاوت‌هایی را در سطوح سلول‌های ایمنی به نام سلول‌های T و ماکروفاژها نشان داد. در دو مورد نیز تعداد این سلول‌ها با گذشت زمان کاهش یافته بود، در حالی که در مورد سوم افزایش یافته بود.

برایان لمان(Brian Lehmann) متخصص سرطان پستان و محققی که در زمینه ژنومیک در مرکز سرطان واندربیلت تخصص دارد، می‌گوید: این واقعاً نشان می‌دهد که ریزمحیط ایمنی چقدر پویاست و می‌تواند توضیح دهد که چرا تلاش‌ها برای توصیف تومورها و پیش‌بینی پاسخ‌ها به درمان‌ها از یک نمونه‌برداری در یک نقطه زمانی واحد، نتایج متناقضی داشته است.

در مطالعه دیگری محققان دریافتند که برخی از زیرگروه‌های تهاجمی سرطان پستان، سلول‌های ایمنی بیشتری نسبت به سایرین دارند و به نظر می‌رسد در طول زمان «فرسوده» می‌شوند. این سلول‌ها پروتئینی به نام CTLA4 را بیان کردند که توانایی آنها را برای پاسخ به تومورها محدود می‌کند.

درمان‌هایی که CTLA4 را هدف قرار می‌دهند، نتایج امیدوارکننده‌ای را در درمان ملانوما و سرطان ریه نشان داده‌اند.

لمان می‌گوید: این روش، راه‌های بیشتری را برای استفاده از آن درمان در زیرمجموعه‌ای از سرطان‌های پستان باز می‌کند.

ساعت کریسپر

آزمایش‌های دیگر بینش‌هایی را نشان می‌دهد که چگونه سلول‌ها در وهله اول سرطانی می‌شوند.

لائو و همکارانش در مطالعه سرطان روده بزرگ، «ساعت مولکولی» را برای ردیابی اینکه چگونه سلول‌های طبیعی شروع به سرکشی و تکثیر غیر قابل کنترل در روده می‌کنند، مهندسی کردند. آنها از تجزیه و تحلیل تک سلولی و ابزار ویرایش ژن کریسپر(CRISPR) برای ایجاد جهش در DNA هر سلول استفاده کردند.

این جهش‌ها به عنوان مهرهای زمانی عمل می‌کردند و جدول زمانی تغییرات و تقسیمات هر سلول را ثبت می‌کردند.

لائو و تیمش این رویکرد را روی ۴۱۸ پولیپ روده بزرگ انسانی به کار بردند و دریافتند که تا ۳۰ درصد از پولیپ‌ها از چندین نوع سلول منشاء می‌گیرند، نه از یک سلول.

در ۶۰ درصد از پولیپ‌ها نیز یک گروه از سلول‌ها با رشد پولیپ شروع به «سبقت گرفتن» از دیگر سلول‌ها کردند و به تومور تبدیل شدند.

دو مطالعه مشابه روی موش‌ها شامل تجزیه و تحلیل ۲۶۰ هزار و ۹۲۲ سلول منفرد از ۱۱۲ نمونه بافت روده نشان داد که ترکیبی از سلول‌ها به طور جمعی شروع کننده تومورهای روده بزرگ هستند.

این یافته‌ها تصور قبلی را مبنی بر اینکه سرطان‌های روده بزرگ از سلول‌های سرکش منفرد در پوشش روده به وجود می‌آیند و می‌تواند فرصت‌هایی را برای تشخیص و مداخله زودهنگام باز کند، باطل می‌کند.

لائو می‌گوید: در ارزیابی خطر رشدهای پیش‌سرطانی، هرچه تومور بزرگتر باشد، خطر بیشتری دارد، اما ساعت مولکولی و تجزیه و تحلیل‌های دیگر نشان می‌دهد که ممکن است نشانگرهای زیستی دیگری از نظر بررسی ژنتیک و فرگشت وجود داشته باشند.