Исследователи из Медицинской школы Стэнфорда и клиники Мэйо разработали первый неинвазивный анализ крови, способный раскрыть клеточное микроокружение опухоли. Это открывает новые возможности для прогнозирования того, как онкологические пациенты будут реагировать на иммунотерапию, без необходимости проведения инвазивной биопсии ткани.
Картографирование микроокружения опухоли без биопсии
Исследование, опубликованное в журнале "Nature", описывает девять повторяющихся многоклеточных экосистем – так называемых пространственных экотипов – общих для различных видов рака, и показывает, что их можно идентифицировать по обычному образцу крови с помощью искусственного интеллекта.
Команда под руководством старших авторов Аарона Ньюмана из Стэнфордского университета и Аадела Чаудхури из клиники Мэйо объединила более 10 миллионов одноклеточных и пространственных транскриптомных профилей (на уровне "spots") из 132 образцов опухолей десяти различных видов рака, чтобы идентифицировать девять пространственных экотипов.
Каждый из этих экотипов представляет собой уникальное клеточное окружение размером примерно с человеческий волос, характеризующееся специфической комбинацией иммунных клеток, стромальных клеток и опухолевых клеток с собственными программами экспрессии генов.
«Подобно тому, как некоторые растения процветают в определенной почве, а в другой погибают, раковые клетки демонстрируют совершенно разные модели роста в разных клеточных средах», — объясняет Ньюман. «Наша цель — в широком масштабе понять, как эти среды, или пространственные экотипы, влияют на рост рака и ответ на терапию, а также как они варьируются у разных пациентов».
Liquid EcoTyper: ИИ-фреймворк, заменяющий биопсию анализом крови
После идентификации экотипов команда разработала "Liquid EcoTyper" — фреймворк на базе искусственного интеллекта, который реконструирует пространственные модели в опухоли на основе сигналов метилирования бесклеточной ДНК в плазме крови.
Этот подход устраняет необходимость в инвазивных тканевых биопсиях и опирается на более ранние вычислительные методы лаборатории Ньюмана, включая "CytoSPACE" и "Spatial EcoTyper", которые картографируют клетки в точных локациях опухоли и предсказывают клеточные взаимодействия согласно данным об экспрессии генов.
На практике "Liquid EcoTyper" переводит сложную пространственную организацию опухоли в "сигналы" в циркулирующей ДНК, которые могут быть уловлены анализом крови — так получается дистанционный "портрет" микроокружения опухоли.
Более точный прогноз, чем у существующих биомаркеров
Клиническая валидация включает более 1300 пациентов с меланомой, раком легкого, мочевого пузыря и желудка и показывает, что определенные пространственные экотипы надежно связаны с ответом на иммунотерапию и показателями выживаемости.
В образцах плазмы, взятых до начала лечения у почти 100 пациентов с меланомой, сигналы от так называемых "жидких экотипов" продемонстрировали среднее значение площади под ROC-кривой (AUC) 0,87 для экотипа SE7, связанного с хорошим ответом — результат, который значительно превосходит мутационную нагрузку опухоли (TMB), экспрессию "PD-L1" и циркулирующую опухолевую ДНК в качестве предиктивных маркеров.
В многофакторном анализе при различных солидных опухолях сигналы от жидких пространственных экотипов показали более сильную связь с общей выживаемостью, чем TMB или "PD-L1". Это предполагает, что информация о микроокружении опухоли может быть более ценной для прогнозирования успеха иммунотерапии, чем классические генетические и белковые маркеры.
От научного прорыва к клиническому тесту
Результаты исследования уже вызывают интерес со стороны индустрии. Диагностическая компания "LiquidCell Dx", созданная при участии Ньюмана, объявила о разработке "LiquidTME" — клинического анализа, основанного на открытиях, описанных в статье в "Nature", с целью выбора оптимальной терапевтической тактики при различных видах рака и различных лечебных подходах.
Концепция "LiquidTME" заключается в превращении научного фреймворка "Liquid EcoTyper" в практический инструмент для онкологов — тест, который помогал бы в принятии решений о том, какой пациент имеет наибольший шанс получить пользу от иммунотерапии, комбинированного лечения или альтернативных подходов.
Ньюман рисует будущее, в котором анализ крови становится основным инструментом для подбора первичной терапии и отслеживания изменений в микроокружении опухоли с течением времени. «Этот метод потенциально может дать значительно более полную и глубокую картину, чем любой из существующих способов изучения микроокружения опухоли», — говорит он. «Клинические перспективы действительно впечатляют».
Если технология будет успешно внедрена в рутинную практику, онкологические команды могли бы располагать динамической картой "экосистемы" вокруг опухоли, полученной всего из нескольких миллилитров крови — и адаптировать лечение гораздо точнее под конкретного пациента.