Дослідники з Медичної школи Стенфорда та клініки "Мейо" розробили перший неінвазивний аналіз крові, здатний розкрити клітинне мікрооточення пухлини. Це відкриває нові можливості для прогнозування того, як онкологічні пацієнти реагуватимуть на імунотерапію, без необхідності проведення інвазивної біопсії тканин.
Картографування мікрооточення пухлини без біопсії
Дослідження, опубліковане в журналі "Nature", описує дев'ять багатоклітинних екосистем, що повторюються — так званих просторових екотипів — спільних для різних видів раку, і показує, що їх можна ідентифікувати за допомогою звичайного зразка крові з використанням штучного інтелекту.
Команда під керівництвом старших авторів Аарона Ньюмана зі Стенфордського університету та Аадела Чаудхурі з клініки "Мейо" об'єднала понад 10 мільйонів одноклітинних та просторових транскриптомних профілів (на рівні "spots") зі 132 пухлинних зразків десяти різних видів раку, щоб ідентифікувати дев'ять просторових екотипів.
Кожен із цих екотипів являє собою унікальне клітинне оточення розміром приблизно з людську волосину, що характеризується специфічною комбінацією імунних клітин, стромальних клітин та пухлинних клітин із власними програмами генної експресії.
„Подібно до того, як одні рослини процвітають у певних ґрунтах, а в інших гинуть, ракові клітини демонструють цілком різні моделі росту в різних клітинних середовищах“, — пояснює Ньюман. „Наша мета — у широкому масштабі зрозуміти, як ці середовища, або просторові екотипи, впливають на ріст раку та відповідь на терапію, а також як вони варіюються між окремими пацієнтами“.
Liquid EcoTyper: ШІ-фреймворк, який замінює біопсію аналізом крові
Після ідентифікації екотипів команда розробила "Liquid EcoTyper" — фреймворк на основі штучного інтелекту, який реконструює просторові моделі в пухлині на основі сигналів метилювання безклітинної ДНК у плазмі крові.
Цей підхід усуває необхідність в інвазивних тканинних біопсіях і базується на ранніх обчислювальних методах лабораторії Ньюмана, включаючи "CytoSPACE" та "Spatial EcoTyper", які картографують клітини в точних локаціях у пухлині та прогнозують клітинні взаємодії згідно з даними про генну експресію.
На практиці "Liquid EcoTyper" перекладає складну просторову організацію пухлини у "сигнали" в циркулюючій ДНК, які можна вловити за допомогою аналізу крові — так отримується дистанційний "портрет" мікрооточення пухлини.
Кращий прогноз, ніж у існуючих біомаркерів
Клінічна валідація включає понад 1300 пацієнтів з меланомою, раком легенів, сечового міхура та шлунка і показує, що певні просторові екотипи надійно пов'язані з відповіддю на імунотерапію та показниками виживаності.
У зразках плазми, взятих перед початком лікування у майже 100 пацієнтів з меланомою, сигнали від так званих "рідких екотипів" демонструють середнє значення площі під ROC-кривою (AUC) 0,87 для екотипу SE7, пов'язаного з хорошою відповіддю — результат, який значно перевершує мутаційне навантаження пухлини (TMB), експресію "PD-L1" та циркулюючу пухлинну ДНК як предиктивні маркери.
У багатофакторному аналізі при різних солідних пухлинах сигнали від рідких просторових екотипів демонструють сильніший зв'язок із загальною виживаністю, ніж як TMB, так і "PD-L1". Це свідчить про те, що інформація про мікрооточення пухлини може бути ціннішою для прогнозування успіху імунотерапії, ніж класичні генетичні та протеїнові маркери.
Від наукового прориву до клінічного тесту
Результати дослідження вже викликають інтерес з боку індустрії. Діагностична компанія "LiquidCell Dx", створена за участю Ньюмана, оголосила про розробку "LiquidTME" — клінічного аналізу, що базується на відкриттях, описаних у статті в "Nature", з метою вибору оптимальної терапевтичної тактики при різних видах раку та різних лікувальних підходах.
Концепція "LiquidTME" полягає у перетворенні наукового фреймворку "Liquid EcoTyper" на практичний інструмент для онкологів — тест, який допоможе у прийнятті рішень, який пацієнт має найбільший шанс отримати користь від імунотерапії, комбінованого лікування або альтернативних підходів.
Ньюман окреслює майбутнє, в якому аналіз крові стане основним інструментом для вибору первинної терапії та відстеження змін у мікрооточенні пухлини з часом. „Цей метод потенційно може дати значно повнішу та глибшу картину, ніж будь-який з існуючих способів вивчення мікрооточення пухлини“, — каже він. „Клінічні перспективи дійсно вражають“.
Якщо технологія буде успішно впроваджена в рутинну практику, онкологічні команди зможуть мати динамічну карту "екосистеми" навколо пухлини, отриману лише з кількох мілілітрів крові — і адаптувати лікування набагато точніше до конкретного пацієнта.