Изследователи от Медицинското училище на Станфорд и клиниката "Мейо" разработиха първия неинвазивен кръвен анализ, способен да разкрие клетъчното микрообкръжение на тумора. Това отваря нови възможности за прогнозиране как онкологичните пациенти ще реагират на имунотерапия, без да е необходима инвазивна биопсия на тъкан.

Картографиране на микрообкръжението на тумора без биопсия

Проучването, публикувано в списание "Nature", описва девет повтарящи се многоклетъчни екосистеми – т.нар. пространствени екотипове – общи за различни видове рак, и показва, че те могат да бъдат идентифицирани от обикновена проба кръв с помощта на изкуствен интелект.

Екипът под ръководството на старшите автори Аарън Нюман от Станфордския университет и Аадел Чаудхури от клиниката "Мейо" обединява над 10 милиона едноклетъчни и пространствени транскриптомни профила (на ниво "spots") от 132 туморни образци на десет различни вида рак, за да идентифицира девет пространствени екотипа.

Всеки от тези екотипове представлява уникално клетъчно обкръжение с размер приблизително колкото човешки косъм, характеризиращо се със специфична комбинация от имунни клетки, стромални клетки и туморни клетки със собствени програми на генна експресия.

„Подобно на това как някои растения процъфтяват в определени почви, а в други загиват, раковите клетки показват напълно различни модели на растеж в различните клетъчни среди“, обяснява Нюман. „Нашата цел е в широк мащаб да разберем как тези среди, или пространствени екотипове, влияят върху растежа на рака и отговора на терапията, както и как варират между отделните пациенти“.

Liquid EcoTyper: ИИ рамка, която заменя биопсията с кръвен тест

След идентифицирането на екотиповете, екипът разработва "Liquid EcoTyper" – изкуствено-интелигентен фреймворк, който реконструира пространствените модели в тумора на база сигналите от метилиране на безклетъчната ДНК в плазмата на кръвта.

Този подход премахва необходимостта от инвазивни тъканни биопсии и стъпва върху по-ранни изчислителни методи на лабораторията на Нюман, включително "CytoSPACE" и "Spatial EcoTyper", които картографират клетките в точни локации в тумора и предсказват клетъчните взаимодействия според данните за генната експресия.

На практика "Liquid EcoTyper" превежда сложната пространствена организация на тумора във "сигнали" в циркулиращата ДНК, които могат да бъдат уловени от кръвен тест – така се получава дистанционен "портрет" на туморното микрообкръжение.

По-добра прогноза от съществуващите биомаркери

Клиничната валидация включва над 1300 пациенти с меланом, рак на белия дроб, пикочния мехур и стомаха и показва, че определени пространствени екотипове са надеждно свързани с отговора на имунотерапия и с показателите за преживяемост.

В плазмени проби, взети преди началото на лечението при близо 100 пациенти с меланом, сигналите от т.нар. "течни екотипове" демонстрират средна стойност на площта под ROC-кривата (AUC) 0,87 за екотип SE7, свързан с добър отговор – резултат, който значително превъзхожда туморната мутационна натовареност (TMB), експресията на "PD-L1" и циркулиращата туморна ДНК като предиктивни маркери.

В многофакторен анализ при различни солидни тумори сигналите от течните пространствени екотипове показват по-силна връзка с общата преживяемост, отколкото както TMB, така и "PD-L1". Това подсказва, че информацията за микрообкръжението на тумора може да е по-ценна за прогнозиране на успеха на имунотерапията от класическите генетични и протеинови маркери.

От научен пробив към клиничен тест

Резултатите от изследването вече предизвикват интерес от индустрията. Диагностичната компания "LiquidCell Dx", създадена с участието на Нюман, обяви разработването на "LiquidTME" – клиничен анализ, базиран на откритията, описани в статията в "Nature", с цел избор на оптимална терапевтична тактика при различни видове рак и различни лечебни подходи.

Концепцията зад "LiquidTME" е да се превърне научният фреймворк "Liquid EcoTyper" в практичен инструмент за онколозите – тест, който да помага при вземане на решения кой пациент има най-голям шанс да се възползва от имунотерапия, комбинирано лечение или алтернативни подходи.

Нюман очертава бъдеще, в което кръвният анализ се превръща в основен инструмент за подбор на първична терапия и за проследяване на промени в туморното микрообкръжение с времето. „Този метод потенциално може да даде значително по-пълна и дълбока картина, отколкото който и да е от съществуващите начини за изучаване на туморното микрообкръжение“, казва той. „Клиничните перспективи наистина са впечатляващи“.

Ако технологията бъде успешно внедрена в рутинната практика, онкологичните екипи биха могли да разполагат с динамична карта на "екосистемата" около тумора, получена само от няколко милилитра кръв – и да адаптират лечението много по-точно спрямо конкретния пациент.