Καρέ – καρέ πώς ο καρκίνος αχρηστεύει το ανοσοποιητικό σύστημα

Η σημασία του χρόνου για μας τους ανθρώπους έχει πολλές φορές αμφισβητηθεί, αν και οι βιολόγοι δεν αμφιβάλλουν καθόλου για την επίπτωσή του στη ζωή. Τελευταία μάλιστα, έχουν γίνει κατανοητά περίπλοκα βιολογικά συστήματα με την ανίχνευση κυτταρικών κυκλωμάτων που καθορίζουν τις ασθένειες. Παρόλα αυτά, στη γνώση αυτή δεν συνυπολογίζεται η διάσταση του χρόνου ώστε να αποκαλύπτεται η αλληλουχία των κυτταρικών γεγονότων.

Τώρα, σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Cell, ερευνητές από το εργαστήριο του καθηγητή Ίντο Αμίτ από το Ινστιτούτο Επιστημών Weizmann του Ισραήλ, κατάφεραν για πρώτη φορά να αναπτύξουν μια μέθοδο για την παρακολούθηση και τη μέτρηση των αλλαγών που συμβαίνουν σε μεμονωμένα κύτταρα μέσα στο σώμα, με την πάροδο του χρόνου.

4 χρώσεις ανά 12ωρο μετρούν το χρόνο κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος στον εγκέφαλο, τους πνεύμονες και το πεπτικό σύστημα

Η μέθοδος, που ονομάζεται Zman-seq (από την εβραϊκή λέξη zman, που σημαίνει χρόνος), χρωματίζει συγκεκριμένα κύτταρα με διαφορετικά χρώματα ανάλογα με την ημέρα που χορηγείται το κάθε χρώμα και έτσι μπορεί να παρακολουθείται η πορεία τους μέσα σε έναν υγιή ή παθολογικό ιστό. Πρόκειται δηλαδή για μια κυτταρική μηχανή χρόνου που με τη χρήση της, οι ερευνητές βλέπουν το ιστορικό των κυττάρων και πόσο καιρό κάθε κύτταρο είχε μείνει στον ιστό. Με τον τρόπο αυτό, γίνονται αντιληπτές οι μοριακές και κυτταρικές αλλαγές που συμβαίνουν στον ιστό, σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

Η δημιουργία αυτής της «μηχανής του χρόνου» έγινε δυνατόν να δημιουργηθεί, μετά την εξέλιξη των μονοκύτταρων τεχνολογιών, οι οποίες επιτρέπουν στους βιολόγους να κατανοήσουν τι συμβαίνει μέσα σε μεμονωμένα κύτταρα. Μάλιστα το εργαστήριο του Αμίτ αποτελεί ένα από τα πρωτοπόρα εργαστήρια στην εξέλιξη των τεχνολογιών αυτών.

Με αυτά τα εργαλεία, είναι πλέον δυνατό:

• να ληφθούν εικόνες υψηλής ανάλυσης για το πώς αναπτύσσονται οι ασθένειες και πώς το σώμα ανταποκρίνεται σε διαφορετικά φάρμακα,
• να εντοπιστούν σπάνιοι κυτταρικοί πληθυσμοί,
• να αποκρυπτογραφηθούν ποια κύτταρα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και
• πώς κατανέμονται μέσα σε έναν ιστό.

Όμως για να αντληθούν όλες αυτές οι σημαντικές πληροφορίες, πρέπει να ληφθούν πολλές εικόνες καρέ – καρέ, για να γίνει αντιληπτή η εξέλιξη. «Δεν φτάνει να ξέρουμε τι έχει προηγηθεί για να συνάγουμε την αιτία, αλλά χωρίς αυτή τη γνώση, δεν έχουμε πραγματικά την ευκαιρία να καταλάβουμε ποια είναι η αιτία και ποιο είναι το αποτέλεσμα», λέει ο Αμίτ.

Η ανάπτυξη της πρωτοποριακής νέας τεχνολογίας ξεκίνησε με την έρευνα του Δρ. Ντάνιελ Κίρσενμπαουμ, μεταδιδακτορικού ερευνητή στο εργαστήριο του Αμίτ. Ο Κίρσενμπαουμ γεννήθηκε στην Ουγγαρία και έκανε το διδακτορικό του στη νευροπαθολογία στην Ελβετία, όπου μελέτησε το γλοιοβλάστωμα, τον πιο συνήθη και επιθετικό όγκο στον εγκέφαλο.

Ακύρωση του ανοσοποιητικού

«Συνήθως σκεφτόμαστε τον καρκίνο ως κύτταρα που αναπτύσσονται ανεξέλεγκτα, αλλά στην πραγματικότητα, ο καρκίνος προκαλεί επίσης απώλεια της ικανότητας του ανοσοποιητικού συστήματος να ελέγχει αυτή την ανάπτυξη. Και όταν παρατηρούμε τους όγκους, βλέπουμε ότι μεγάλα τμήματα τους αποτελούνται από δυσλειτουργικά κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Μερικές φορές τα κύτταρα του ανοσοποιητικού, αποτελούν το ένα τρίτο ή ακόμη και τα μισά κύτταρα του όγκου».

Το γλοιοβλάστωμα είναι ένας από τους πιο ανοσοκατασταλτικούς τύπους όγκων.

«Για να καταλάβουμε πώς να νικήσουμε αυτόν τον καρκίνο, πρέπει να καταλάβουμε τι συμβαίνει στα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος καθώς εισέρχονται στον όγκο και γιατί χάνουν την ικανότητα να καταπολεμούν τον όγκο και γίνονται δυσλειτουργικά. Ιδανικά, θα θέλαμε ένα ρολόι σε κάθε κύτταρο που να μας λέει πότε μπήκε στον όγκο και πότε ενεργοποιήθηκαν τα σήματα που το οδήγησαν να γίνει ανίκανο. Αυτή η «μηχανή του χρόνου» πιστεύαμε ότι ήταν αδύνατο να αναπτυχθεί», εξηγεί ο Κίρσενμπαουμ.

Η ανακάλυψη ήρθε όταν ο Κίρσενμπαουμ αποφάσισε να ακολουθήσει μια διαφορετική προσέγγιση. «Αντί να προσπαθούμε να μετρήσουμε τον χρόνο στα κύτταρα μέσα στον ιστό του όγκου, αποφασίσαμε να μαρκάρουμε τα κύτταρα ενόσω βρίσκονται ακόμη στο αίμα – προτού εισέλθουν στον όγκο.

Χρησιμοποιώντας διαφορετικές φθορίζουσες βαφές σε διαφορετικά χρονικά σημεία, μπορούμε αργότερα να γνωρίζουμε ακριβώς πότε κάθε κύτταρο εισήλθε στον ιστό και πόσο καιρό ήταν εκεί, και αυτό αποκαλύπτει τις δυναμικές αλλαγές που συνέβησαν στα κύτταρα στον ιστό. Για παράδειγμα, ποια είναι τα στάδια κατά τα οποία τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος γίνονται δυσλειτουργικά μέσα στον όγκο» είπε ο Κίρσενμπαουμ.

Προδιαγραφές στα χρώματα

Σημείωσε όμως, πως η πρόκληση ήταν να αναπτυχθεί ο καλύτερος τρόπος χρωματισμού των κυττάρων. Το χρώμα έπρεπε να φτάνει στα κύτταρα όταν αυτά βρίσκονταν ακόμη στο αίμα σε συγκεκριμένα χρονικά σημεία, διασφαλίζοντας ότι η χρωστική δεν θα φτάσει στον ιστό, ούτε θα παραμένει για πολύ καιρό στο αίμα, ώστε να μπερδευτεί με το επόμενο χρώμα. Ταυτόχρονα, η χρωστική έπρεπε να παραμένει στα κύτταρα αρκετή ώρα για να μετρηθούν. Έτσι, επιλέχθηκαν τέσσερις χρώσεις ανά 12ωρο.

Η μέθοδος πέτυχε τη μέτρηση του χρόνου σε κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος σε διαφορετικούς ιστούς – τον εγκέφαλο, τους πνεύμονες και το πεπτικό σύστημα των ζωικών μοντέλων.

Χρησιμοποιώντας το Zman-seq, ο Κίρσενμπαουμ και οι συνεργάτες του κατάφεραν να καταλάβουν γιατί το ανοσοποιητικό σύστημα είναι τόσο δυσλειτουργικό στην καταπολέμηση του γλοιοβλαστώματος.

«Δείξαμε ότι τα κύτταρα του ανοσοποιητικού που ονομάζονται «φυσικοί δολοφόνοι» και τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για τη θανάτωση των καρκινικών κυττάρων, γίνονται δυσλειτουργικά πολύ γρήγορα επειδή ο όγκος σφετερίζεται τους φονικούς μηχανισμούς τους. Και αυτό συμβαίνει σε λιγότερο από 24 ώρες από την είσοδό τους στον όγκο.

Αυτό εξηγεί γιατί οι θεραπευτικές προσπάθειες αξιοποίησης του ανοσοποιητικού συστήματος για την καταπολέμηση του γλοιοβλαστώματος είναι τόσο αναποτελεσματικές», κατέληξε ο Κίρσενμπαουμ.

Στην ανάπτυξη του Zman-seq συνέβαλαν και άλλα μέλη του εργαστηρίου του Αμίτ από το Τμήμα Ανοσολογίας Συστημάτων Weizmann, όπως οι δρ Κεν Ξι και Φλοριάν Ινγκελφίνγκερ. Συνεργάτες ήταν επίσης οι ανοσολόγοι Καθ. Μάρκο Κολόνα από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, ο Καθ.  Καταγιούν Ρεζβανί από το Πανεπιστήμιο του Τέξας, ο καθηγητής Φλοράν Τζινχού από το Ινστιτούτο Ανοσολογίας της Σαγκάης, ο νευροογκολόγος Δρ Τομπάιας Βάις από το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Ζυρίχης και οι υπολογιστικοί βιολόγοι Καθ. Φάμπιαν Τζ. Θέις του Κέντρου Helmholtz του Μονάχου και ο καθηγητής Νιρ Γιοσέφ του Ινστιτούτου Weizmann.

Δύσκολοι όγκοι

Τώρα, οι ερευνητές  διερευνούν τρόπους για να μπλοκάρουν τα σημεία ελέγχου με τα οποία οι όγκοι απενεργοποιούν το ανοσοποιητικό σύστημα, ώστε να το επανενεργοποιήσουν ιδίως στις περιπτώσεις γλοιοβλαστώματος και άλλων δύσκολων όγκων. Επιπλέον, σχεδιάζουν να προσαρμόσουν το Zman-seq στη μελέτη της δυναμικής των κυττάρων σε όλο το ανθρώπινο σώμα στη διάρκεια του χρόνου.

«Για παράδειγμα, πολλοί ασθενείς με καρκίνο λαμβάνουν θεραπεία πριν από τη χειρουργική επέμβαση. Θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο για να χρωματίσουμε τα ανοσοκύτταρα στο σώμα προεγχειρητικά, ώστε μετά τη χειρουργική επέμβαση, να κατανοήσουμε καλύτερα τη δυναμική των ανοσοκυττάρων στον όγκο και να βελτιστοποιήσουμε τις θεραπείες των ασθενών», καταλήγει ο Kirschenbaum.

Από την πλευρά του ο Αμίτ επεσήμανε ότι «Μέχρι σήμερα, υπήρχαν αρκετές μέθοδοι που προσπαθούσαν να αναλύσουν τα δεδομένα ενός κυττάρου, τοποθετώντας το σε ένα χρονικό άξονα βάσει διαφόρων παραμέτρων. Αλλά αυτές οι προσεγγίσεις, ήταν όλες κάπως αυθαίρετες στην επιλογή της σειράς των γεγονότων. Το Zman-seq παρέχει δεδομένα, εμπειρικές μετρήσεις, που επιτρέπουν στους επιστήμονες να κατανοήσουν την ακριβή σειρά των γεγονότων στα κύτταρα του ανοσοποιητικού και άλλα κύτταρα όταν εισέρχονται σε έναν όγκο. Και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μια εντελώς νέα σκέψη για το πώς να δημιουργήσουμε πιο αποτελεσματικές θεραπείες για τον καρκίνο και άλλες παθήσεις».