Zamiast drogiego badania genetycznego, najpierw szybki i tani test

Późno i trudno wykrywalne nowotwory jajnika i trzustki, do tego rak piersi, jeden z najczęściej występujących nowotworów. Naukowcy z Uniwersytetu Medycznego w Łodzi we współpracy z badaczami z USA i Indii opracowują tani i szybki test diagnostyczny, który może pomóc we wskazaniu pacjentów z wysokim ryzykiem zachorowania na te nowotwory.

– Pobieramy probówkę krwi, oddzielamy surowicę. Jedno urządzenie izoluje kwas nukleinowy, drugie sprawdza, ile jest w nim miRNA. Wynik jest przeliczany przez algorytm – wylicza kolejne kroki badania prof. Wojciech Fendler, Kierownik Zakładu Biostatystyki i Medycyny Translacyjnej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi.

Wykorzystano tu tę samą technologię i sprzęt co przy testach na COVID. Z taką różnicą, że badane są konkretne krótkie cząsteczki kwasu nukleinowego. Wynik można otrzymać w ciągu jednego dnia. Co pokaże? Np. że naprawa DNA jest zaburzona, a to może oznaczać większe ryzyko rozwoju nowotworu, do tej pory trudno i późno wykrywalnego.

Od radioterapii do onkologii

Praca nad szybkim testem diagnostycznym opartym na analizie miRNA wcale szybka nie była. Żeby dojść do obecnego etapu, potrzeba było 10 lat. Wtedy, w 2013 roku, prof. Fendler zaczął współpracę z Zakładem Radioterapii Onkologicznej w Harvard Medical School. Wziął udział w badaniach dotyczących wykorzystania miRNA do rozpoznawania chorób wirusowych, a potem rzadkich typów cukrzyc. Jednocześnie naukowcy z Bostonu zajęli się – niedawną wówczas – katastrofą elektrowni Fukushima i poszukiwaniem narzędzia, które pomogłoby w diagnozowaniu narażenia na promieniowanie jonizujące. – Zakład, z którym współpracowałem, wpadł na pomysł, żeby wykorzystać do tego miRNA. Sprawdziło się ono w wykrywaniu skutków działania na organizm silnych bodźców, takich jak narażenie na promieniowanie. Zaczęliśmy więc się zastanawiać, czy byłoby też przydatne w onkologii – wyjaśnia prof. Fendler.

W onkologii fundamentalne znaczenie mają zaburzenia naprawy DNA. – Wszystko co pijemy, jemy, wdychamy, jak opalamy się, wpływa na nasze komórki. Pewne czynniki, np. zanieczyszczenia, uszkadzają DNA komórek. Organizm wykształcił sobie jednak mechanizmy, które naprawiają powstałe błędy – wyjaśnia prof. Fendler. Jeśli błędy nie są poprawnie usuwane, bo mechanizmy naprawy DNA z jakiegoś powodu nie działają, to defekty kumulują się. Pojawią się wtedy komórki, które niepohamowanie dzieląc się, przeszkadzają innym komórkom. A z czasem uszkadzają naczynia albo narządy. Zwykle są to właśnie komórki nowotworowe.

Jak wcześnie wykryć nowotwór jajnika?

Naukowcy z Zakładu Biostatystyki i Medycyny Translacyjnej w pierwszej kolejności skoncentrowali się na raku jajnika. – Ten nowotwór rozwija się podstępnie. Długo nie daje żadnych objawów, więc jest trudny do wykrycia – wyjaśnia prof. Fendler. Diagnoza we wczesnym stadium daje 90 proc. szans na przeżycie. Jeśli postawi się ją w późnych stadiach, a wtedy właśnie jest zwykle wykrywany, to przeżywalność dramatycznie spada – nawet do 30 proc. Problem w tym, że mimo wielu badań nie ma żadnego narzędzia, które pozwalałoby na wczesne wykrycie tego nowotworu. W Wielkiej Brytanii zorganizowano co prawda ogromne kohortowe badanie UK FOCSS, w którym co pół roku u wybranej grupy kobiet przeprowadzano USG jamy brzusznej i badano poziom białka CA-125. – Wykryto nieco więcej guzów, ale i tak były one w zbyt zaawansowanym stadium, żeby przełożyło się to na przeżywalność – mówi prof. Fendler.

Okazuje się jednak, że kobiety, u których diagnozuje się rak jajnika, w większości mają problem z funkcjonowaniem naprawy DNA. A mutację, która powoduje, że białka związane z naprawą DNA nie działają wystarczająco dobrze, dziedziczą od kogoś z rodziny, np. od matki czy babci.

Opierając się na tych obserwacjach, zorganizowano drugie badanie kohortowe, w którym poddano obserwacji tylko kobiety o wysokim ryzyku genetycznym rozwoju raka jajnika. Pozwoliło to na nieco szybsze wykrywanie nowotworu, ale wciąż nie zmniejszyło to radykalnie śmiertelności. – Czyli było wiadomo, że nie jesteśmy w stanie wcześniej wykryć raka jajnika w ogólnej populacji. W wąskiej populacji wydawało się, że jest jakaś nadzieja. Ale to było za mało – podsumowuje prof. Fendler.

Dwa brytyjskie badania pokazały jednak wyraźnie, że do zmiany sytuacji pacjentek naukowcy potrzebują dwóch elementów: dobrego narzędzia diagnostycznego i zdefiniowanej populacji, w której ryzyko raka jajnika jest największe.

– Zwykle większość osób nie wie o tym, że jest nosicielem jakichś mutacji, które zwiększają ryzyko nowotworzenia. Najczęściej badania genetyczne wykonuje się więc, gdy pojawi się choroba w rodzinie. To nie jest do końca działanie wyprzedzające, ale reaktywne – stwierdza prof. Fendler. W dodatku drogie, bo kosztuje kilka tysięcy złotych, i skomplikowane, bo zajmuje nieraz kilka tygodni i wymaga interpretacji przez genetyka. W takich krajach jak Indie, które mają ponad miliard mieszkańców i dużą częstość występowania nowotworów, badania genetyczne u większej grupy osób są niemożliwe do przeprowadzenia.

– Postanowiliśmy więc wykorzystać wiedzę o naprawie DNA, którą mieliśmy z racji naszego zaangażowania w badania dotyczące promieniowania i wiedzę o tym, że miRNA jest związane z rakiem jajnika – tłumaczy prof. Fendler.

Rak jajnika, trzustki, piersi i jeden test

Tak powstał prosty test diagnostyczny, który prawdopodobnie jest w stanie wykryć, czy pacjent ma mutację związaną z zaburzeniem naprawy DNA. – Nie badamy genów, tylko pewne ślady, które mogą być obecne we krwi, mówiące o tym, że komórki źle naprawiają DNA – precyzuje ekspert i podaje przykład zastosowania: – Zamiast zrobić drogie badanie genetyczne kilkunastoosobowej rodzinie, w której występowały nowotwory, chcielibyśmy najpierw u wszystkich zrobić ten prosty, tani skrining, a potem u kilku osób, u których wyjdzie wysokie ryzyko zachorowania na raka, weryfikować konkretne zmiany genetyczne. Czyli w ten sposób wskazujemy: to są pacjenci wysokiego ryzyka i na nich powinniśmy zwrócić uwagę. To jest konkretna informacja i oszczędność.

Koszt przeprowadzenia takiego testu to ok. 150 zł. Będzie on oparty o dużo prostszą technologię i sprzęt, który z racji pandemii większość laboratoriów już posiada. Do opracowania algorytmu, który bazuje na zależnościach miRNA, badacze wykorzystali sztuczną inteligencję.

– Po pierwsze z testu mogą skorzystać pacjenci wysokiego ryzyka, którzy wiedzą o swoim obciążeniu. Drugi cel to analiza przesiewowa wszystkich osób, u których w rodzinie występował nowotwór – mówi prof. Fendler.

To nie koniec. Naukowcy analizę miRNA postanowili wykorzystać też w walce z rakiem trzustki. W tym wypadku również nie ma skutecznego badania diagnostycznego, które pozwalałoby na wczesną diagnozę, przez co nowotwór wykrywa się bardzo późno. – Populacja jest tu dość dobrze zdefiniowana, bo rak trzustki najczęściej występuje u osób z cukrzycą czy z przewlekłym zapaleniem trzustki i wiąże się z błędami w mechanizmie naprawy DNA. To ułatwia pracę, bo wiemy, u kogo testy pod kątem zaburzeń naprawy DNA można zrobić – wyjaśnia prof. Fendler. Podobny test naukowcy zamierzają również stworzyć dla ułatwienia diagnostyki raka piersi, który z kolei jest jednym z najczęściej występujących nowotworów. Badacze docelowo chcą, by w ramach jednego testu sprawdzić, czy pacjent ma w ogóle wysoką predyspozycję do nowotworów związanych z naprawą DNA. – W miarę kolejnych badań test, który proponujemy, będzie stopniowo bardziej precyzyjny – przewiduje prof. Fendler.

Pięć lat. Co potem?

Nad wprowadzeniem na rynek prostego testu diagnostycznego opartego na analizie miRNA zespół profesora Wojciecha Fendlera pracuje z kilkudziesięcioma badaczami ze Stanów Zjednoczonych, Indii, Wielkiej Brytanii i Niemiec. W kilku etapach badań brały też udział ośrodki z Polski.

Test do diagnostyki raka jajnika jest już gotowy i opatentowany. W 2022 roku licencję kupiła i wdraża firma Spiral. – To duży sukces gospodarczy – podkreśla prof. Fendler. Nad testem diagnostycznym opartym o analizę miRNA dla raka trzustki prace wciąż trwają. Badacze obecnie zamykają proces patentowy w USA i już dostają wiele zgłoszeń od partnerów biznesowych zainteresowanych wdrożeniem testu i wprowadzeniem go na rynek.

Badania dotyczące testu dla raka piersi właśnie się rozpoczynają. Naukowcy z Łodzi dostali na nie kolejne dofinansowanie z programu Opus z Narodowego Centrum Nauki. Osobne finansowanie ma część badań w USA. W ich ramach naukowcy sprawdzą działanie testu w szerszej grupie kobiet, aby zobaczyć, czy przewidywania testu zmieniają się w czasie, w miarę powstawania kolejnych mutacji i rozwoju nowotworu.

– Do opracowania testu wykorzystujemy próbki z UK FOCSS, czyli z badania kohortowego z Wielkiej Brytanii i kilku innych laboratoriów z całego świata – mówi prof. Fendler.

W Polsce, w szpitalu im. Kopernika w Łodzi, zaczynając od stycznia 2024, specjaliści będą rekrutować grupę pacjentek z wysokim ryzykiem nowotworu, u których w bliskiej rodzinie występował nowotwór. W badaniu na początek weźmie udział 150 osób, które będą obserwowane przez trzy lata. Prawdopodobnie grupa ta będzie jeszcze powiększona o kolejnych 100 osób. 

– Dzięki temu będziemy mogli zweryfikować, czy ten model, który tworzymy na brytyjskich i amerykańskich próbkach, działa w każdych warunkach, także bez względu na różnice etniczne – wyjaśnia prof. Fendler. Naukowcy z Polski odpowiadają w tym projekcie za działania analityczne i informatyczne, czyli obliczenia, przetwarzanie tych danych i tworzenie modeli statystycznych.

Potem przed badaczami jeszcze dopięcie procesów patentowych i przekonanie firm, żeby zaangażowały się w projekt i pomogły w jego wdrożeniu. Szczególnie w USA zainteresowanie takimi testami jest duże.

To wszystko zajmie jeszcze pięć lat. Co potem? – Do tego czasu powinniśmy opracować funkcjonalny test, który pójdzie do sprzedaży w wariancie testowym. Zależy nam na tym, żeby nie odłożyć tego na półkę, tylko żeby faktycznie powstał produkt dostępny na rynku – mówi prof. Fendler.