Uniwersytet Duke: Opracowywanie nowych narzędzi do walki z rakiem

Naukowcy z Duke opracowują bardziej precyzyjne metody powstrzymywania nowotworów

Przez dziesięciolecia leczenie nowotworu metodą farmakologiczną oznaczało na ogół chemioterapię, radioterapię lub operację, pojedynczo lub w połączeniu. Ale sytuacja szybko się zmienia. Obecnie dostępne stają się nowe podejścia, takie jak immunoterapie i terapie celowane, a wiele innych jest w fazie badań i rozwoju. W wielu przypadkach nowe metody leczenia są skuteczniejsze i powodują mniej skutków ubocznych.

„To ekscytujący czas zajmować się badaniami i odkrywaniem nowotworów” – powiedział dr Colin Duckett, profesor patologii, tymczasowy kierownik Wydziału Farmakologii i Biologii Nowotworów oraz prodziekan ds. nauk podstawowych”.

„Wkraczamy w erę, w której dysponujemy nowym zestawem narzędzi, które możemy wykorzystać w leczeniu raka”.
– Doktor Colin Duckett

Naukowcy z Duke Cancer Institute (DCI) i całej Szkoły Medycznej pomagają w tworzeniu tych nowych narzędzi, opierając się na wiedzy i doświadczeniu ekspertów z szerokiego zakresu dyscyplin.

Rzeczywiście, badania nad rakiem zawsze były przedsięwzięciem zespołowym DCI.

„DCI utworzono specjalnie dziesięć lat temu, aby przełamywać bariery między dyscyplinami, aby stymulować wspólne badania i interdyscyplinarne interakcje” – powiedział dyrektor wykonawczy DCI Michael Kastan, lekarz medycyny, wybitny profesor farmakologii i biologii nowotworów Williama i Jane Shingleton.

Oliwy do ognia dolewa inicjatywa Duke Science and Technology (DST), której celem jest katalizowanie i wspieranie wspólnych badań mających na celu rozwiązanie niektórych z najpilniejszych problemów świata, w tym raka.

Nowe narzędzia, choć zróżnicowane, wszystkie stanowią postęp w spersonalizowanej medycynie onkologicznej. Ukierunkowane metody leczenia wybierane są na podstawie sygnatury genetycznej nowotworu pacjenta. Niektóre immunoterapie idą jeszcze dalej w personalizację, manipulując własnymi komórkami odpornościowymi pacjenta, aby stworzyć leczenie wyłącznie dla tej osoby.

Aby dopasować metody leczenia do pacjentów, multidyscyplinarna Rada ds. Guzów Molekularnych Duke'a, pod przewodnictwem John Strickler, lekarz medycyny, HS'11, I Matthew McKinney, MD'06, HS'06-'09, HS'10-'13, pomaga dostawcom identyfikować najlepsze praktyki, nowo zatwierdzone metody leczenia lub badania kliniczne dla pacjentów z zaawansowanym nowotworem w oparciu o sekwencjonowanie genetyczne ich nowotworów.

„W precyzyjnej medycynie onkologicznej – właściwej terapii dla właściwego pacjenta we właściwym czasie – wszystkie te elementy łączą się, terapie celowane, immunoterapia, a nawet standardowa chemioterapia – wszystko to jest częścią precyzyjnej medycyny onkologicznej”.
-Michael Kastan, MD, PhD

Immunoterapia

Immunoterapia ma na celu wykorzystanie siły układu odpornościowego do walki z rakiem. Może to oznaczać aktywację układu odpornościowego, dodanie energii wyczerpanym komórkom odpornościowym lub pomoc komórkom odpornościowym w odnalezieniu komórek nowotworowych poprzez prowadzenie ich tam lub usunięcie przebrania „dobrego człowieka” raka.

Centrum Immunoterapii Raka Duke'a wspiera te wysiłki, identyfikując obiecujące odkrycia w dziedzinie nauk podstawowych i tworząc zespoły, które przełożą te pomysły na metody leczenia.

„Jest tu tak wielu światowej klasy naukowców zajmujących się badaniami podstawowymi, którzy dokonują odkryć…”
-Scott Antonia, MD, PhD

„…odkrycia, które można potencjalnie przełożyć na strategie immunoterapeutyczne” – powiedział Scott Antonia, lekarz medycyny, profesor medycyny i dyrektor założyciel i centrum. „To właśnie zmotywowało mnie do przyjazdu do Duke ze względu na doskonałą okazję do interakcji z naukowcami zajmującymi się badaniami naukowymi w celu opracowania nowych immunoterapeutyków i wprowadzenia ich do kliniki”.

Antonia wierzy, że immunoterapia może zrewolucjonizować leczenie raka, ale pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, aby spełnić pokładane w niej nadzieje. „Istnieje dowód słuszności tej zasady” – powiedział – „ale wciąż tylko stosunkowo niewielka część ludzi cieszy się długoterminowym przetrwaniem. Jeśli uda nam się udoskonalić podejścia immunoterapeutyczne, będzie to dla nas najlepsza szansa”.

Do najbardziej ekscytujących prac związanych z immunoterapią prowadzonych przez ośrodek należy usuwanie własnych limfocytów T pacjenta (rodzaj limfocytów), manipulowanie nimi w laboratorium w celu zwiększenia ich skuteczności w walce z nowotworami, a następnie wstrzyknięcie ich z powrotem pacjentowi.

Limfkami T można manipulować w laboratorium na wiele różnych sposobów. W jednym podejściu, zwanym terapią komórkami T CAR, komórki T projektuje się z dodatkiem syntetycznych fragmentów przeciwciał, które wiążą się z guzem pacjenta, skutecznie kierując komórki T bezpośrednio do komórek nowotworowych.

W innym podejściu, zwanym terapią adopcyjną limfocytami naciekającymi nowotwór (TIL), podzbiór limfocytów T pacjenta, którym udało się już przedostać do guza, jest ekstrahowany, a następnie hodowany w dużych ilościach przed powrotem do pacjenta. Antonia i jego współpracownicy opublikowali niedawno artykuł wykazujący skuteczność ekspansji TIL w raku płuc. „Obecnie prowadzimy prace przygotowawcze w celu opracowania badań klinicznych z zastosowaniem tego podejścia w przypadku guzów mózgu, a naszym zamiarem jest rozszerzenie działalności również na wiele innych nowotworów” – powiedział.

Antonia zwraca uwagę, że innowacje w terapii komórkami T CAR i terapii TIL wprowadzane w Duke są możliwe dzięki współpracy z naukowcami z różnych dziedzin, w tym ekspertami w dziedzinie przeciwciał, takimi jak Barton Haynes, lekarz medycyny, HS'73-'75, Frederic M. Hanes profesor medycyny i Wilton Williams, PhD, profesor nadzwyczajny medycyny i chirurgii w Duke Human Vaccine Institute oraz inżynierowie biomedyczni, tacy jak Charles Gersbach, PhD, John W. Strohbehn Distinguished Professor of Engineering Biomedical Engineering w Pratt School of Engineering.

Co więcej, badania kliniczne tego rodzaju terapii komórkowych wymagają specjalnych obiektów do projektowania lub namnażania komórek, które zapewnia Centrum Leków Komórkowych Duke's Marcus Center for Cellular Cures, kierowane przez Joanne Kurtzberg, MD, Jerome S. Harris Distinguished Professor of Pediatrics i Beth Shaz, lekarz medycyny, MBA, profesor patologii. „To była bardzo produktywna współpraca, która pokazała, że Duke ma wyjątkową pozycję w zakresie opracowywania strategii immunoterapeutycznych” – powiedziała Antonia.

Terapia Ukierunkowana

Terapie celowane wykorzystują słaby punkt guza: na przykład mutację genetyczną. Zaletą jest to, że leczenie zabija tylko komórki nowotworowe, a nie zdrowe komórki. Warunkiem wstępnym jest znajomość genetyki i biologii konkretnego nowotworu, co nie jest prostym zadaniem.

Trudy Oliver, doktorant'05, który dołączył do Wydziału Farmakologii i Biologii Nowotworów jako stypendysta Duke Science and Technology, bada rozwój nowotworów i biologię podtypów nowotworów, w szczególności płaskonabłonkowego i drobnokomórkowego raka płuc.

„Nawet w przypadku drobnokomórkowego raka płuc istnieją podgrupy, które zachowują się odmiennie od siebie” – powiedziała. Niektóre ze zidentyfikowanych przez nią terapii są w fazie badań klinicznych

„Nasza praca sugeruje, że jeśli dostosujesz terapię do tych podzbiorów, możesz mieć wpływ na wynik”.
-Trudy Oliver, doktorant'05

Niektóre ze zidentyfikowanych przez nią terapii są w fazie badań klinicznych.

Sandeep Dave, lekarz medycyny, wybitny profesor medycyny Wellcome, kieruje ambitnym projektem mającym na celu analizę genomiki ponad 100 różnych typów nowotworów krwi. Jego projekt usprawni diagnostykę nowotworów krwi i odkryje potencjalne cele terapii.

„Wszystkie nowotwory wynikają ze zmian genetycznych, które pozwalają nowotworowi przetrwać i rozwijać się kosztem żywiciela” – powiedział. „Te zmiany genetyczne to miecz obosieczny — umożliwiają wzrost komórek nowotworowych, ale z drugiej strony stwarzają specyficzne luki w zabezpieczeniach, które możemy potencjalnie wykorzystać”.

Dave powiedział, że jego doświadczenie w informatyce, genetyce i onkologii pomogło mu w projektowaniu projektu, który wykorzystuje ogromne zbiory danych.

„Wykonaliśmy ogromne wysiłki w zakresie opracowania narzędzi i metodologii, które są gotowe do zastosowania w przypadku każdego innego rodzaju nowotworu”.
-Sandeep Dave, lekarz medycyny

Dysproporcje nowotworowe

Rozbieżności w zakresie nowotworów wynikają ze złożonego wzajemnego oddziaływania elementów, w tym dostępu do opieki zdrowotnej i innych zasobów, barier instytucjonalnych, rasizmu strukturalnego i biologii, takiej jak genetyka związana z pochodzeniem. Na przykład niektóre czynniki genetyczne, biologiczne i elementy społeczne przyczyniają się do różnic w występowaniu wielu typów nowotworów.

„Leczenie raka zbliża się do spersonalizowanej przestrzeni, w której pacjentów nie leczy się już według jednego paradygmatu pasującego do wszystkich”.
– Tammara Watts, lekarz medycyny, doktor

„Staje się coraz bardziej oczywiste, że istnieją różnice w wynikach ze względu na rasę i pochodzenie etniczne” – powiedziała Tammara Watts, lekarz medycyny, doktor nauk medycznych, profesor nadzwyczajny chirurgii głowy i szyi oraz nauk o komunikacji oraz zastępca dyrektora ds. równości, różnorodności i włączenia społecznego w DCI . „Bardzo szeroka hipoteza głosi, że istnieją zmiany związane z pochodzeniem genetycznym, które mogą odgrywać kluczową rolę w odmiennych wynikach klinicznych, które obserwujemy każdego dnia u naszych pacjentów chorych na raka”.

Na przykład samoidentyfikujący się biali pacjenci z rakiem gardła powiązanym z wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV) mają lepsze wyniki w porównaniu z samoidentyfikującymi się pacjentami rasy czarnej, nawet jeśli kontrolują takie elementy, jak dostęp do opieki zdrowotnej, edukacja i status społeczno-ekonomiczny.

Watts współpracuje z ekspertami bioinformatyki w DCI, aby spróbować zidentyfikować znaczące różnice w ekspresji genów pomiędzy obiema grupami.

„Próbuję wydobyć różnice, które ze względu na rasę i pochodzenie etniczne mogą mieć wpływ na pacjentów znajdujących się w niekorzystnej sytuacji, ze względu na rasę i pochodzenie etniczne” – powiedziała. „Mogą się jednak pojawić różnice, które mogą być przydatne przy opracowywaniu ukierunkowanych terapii dla szerokiej grupy pacjentów”.

Dzieje się tak dlatego, że ukierunkowane leczenie określonej ekspresji genetycznej, która może występować częściej u osób rasy czarnej, pomogłoby wszystkim pacjentom z tą ekspresją, niezależnie od rasy czy pochodzenia etnicznego.

Watts nie jest osamotniona w prowadzeniu badań nad różnicami w zakresie nowotworów w DCI. Doktor Tomi Akinyemiju, profesor nadzwyczajny w dziedzinie nauk o zdrowiu populacji, wykorzystuje epidemiologię do badania zarówno czynników biologicznych, jak i elementów społecznych, które przyczyniają się do różnic w występowaniu wielu typów nowotworów.

Jennifer Freedman, dr, profesor nadzwyczajny medycyny, Daniel George, MD'92, profesor medycyny, oraz dr Steven Patierno, profesor medycyny i zastępca dyrektora DCI, badają molekularne podstawy wyjaśniające, dlaczego rak prostaty, piersi i płuc jest bardziej agresywny i śmiertelny u pacjentów, którzy identyfikują się jako osoby rasy czarnej. Patierno, który od ponad 20 lat jest krajowym liderem w badaniach nad dysproporcjami w zakresie nowotworów, kieruje programem Duke Cancer Disparities SPORE (specjalistyczny program doskonałości badawczej) finansowanym przez Narodowy Instytut Raka. Grant SPORE wspiera tych badaczy, a także inne zespoły DCI pracujące nad nowotworami piersi, płuc, żołądka oraz głowy i szyi.

„Jedną z rzeczy, która robi na mnie wrażenie, jest to, że [badania nad dysproporcjami w zakresie nowotworów] mają wysoki priorytet w DCI” – powiedział Watts, który dołączył do wydziału w 2019 r. „Grupy te aktywnie się angażują, współpracują i zadają pytania, które będą motorem zmian pacjentów, u których wyniki są gorsze ze względu na pochodzenie”.

Ryzyko, wykrywanie, przechwytywanie

Nawet lepsze niż wyleczenie raka jest całkowite unikanie raka.

W DCI dr Meira Epplein, profesor nadzwyczajny w dziedzinie nauk o zdrowiu populacji oraz Katherine Garman, MD'02, MHS'02, HS'02-'06, HS'09, profesor nadzwyczajny medycyny, chcą zmniejszyć częstość występowania raka żołądka poprzez poprawę wykrywania i leczenia bakterii Helicobacter pylori, która może wywołać kaskadę prowadzącą do raka żołądka. Epplein i Garman, również finansowani z grantu Duke Cancer Disparities SPORE, mają nadzieję, że ich praca zmniejszy dysproporcje, ponieważ infekcje H. pylori i rak żołądka są częstsze wśród Afroamerykanów niż wśród rasy białej.

Jeśli zapobieganie rakowi nie jest skuteczne, najlepszą rzeczą jest wczesne wykrycie i leczenie. Stosunkowo nową koncepcją w leczeniu nowotworów jest „przechwytywanie”, co oznacza wychwytywanie raka w momencie jego wystąpienia lub nawet tuż przed nim.

„Chodzi o to, aby zapobiec przekształceniu się choroby w całkowicie rozwiniętą nowotwór złośliwy” – powiedział Patierno. „Innymi słowy, powstrzymaj raka przed przekroczeniem własnej linii celu”.

Patierno widzi przyszłość, w której pacjenci ze stanami przednowotworowymi lub wczesnym rakiem będą mogli zażywać pigułki, aby zatrzymać rozwój raka bez zabijania komórek – innymi słowy, będzie to leczenie niecytotoksyczne w przeciwieństwie do standardowej chemioterapii.

„Wiemy, że tam jest, ale nie zamierzamy tego zatruwać, palić ani wycinać, ponieważ to wszystko ma skutki uboczne. Znajdziemy niecytotoksyczny sposób, aby zapobiec postępowi choroby. Taki jest cel.”
-Steven Patierno, dr

Przeczytaj o absolwentach, którzy coś zmieniają
w badaniach nad rakiem i opiece nad nim:

Zmiana status quo: Lori Pierce MD'85

Leczenie całej osoby: Arif Kamal, MD, HS'12, MHS'15

Celowanie w nasiona wzrostu raka: Eugenie S. Kleinerman, MD'75, HS'75

Odkrycie, które pojawia się znikąd: Bill Kaelin, BS'79, MD'82

Artykuł pierwotnie opublikowany w DukeMed Alumni News, jesień 2022 r.

Przeczytaj więcej w Wiadomościach absolwentów DukeMed

Oryginalne źródło artykułu: Książę dzisiaj