Медицина нової ери Персоналізований підхід, Журнал Популярна Механіка
В ідеалі персоналізована медицина виглядає так: хворий приходить до лікарні та здає аналізи. Потім йде в хід обладнання для «оцифрування» людини: секвенується геном, прочитується транскриптом (дані про те, як працюють гени), протеом («комори» всіх білків) та інші -оми. Все це разом із історією хвороби завантажується у комп'ютер. Хвилина – і алгоритм видає діагноз, рекомендує лікування та прогноз. Лікарям залишається лише оцінити висновок машини та приступити до терапії.
Сьогодні лікарі та біологи потроху будують той самий «комп'ютер», який зможе виписувати рецепти на основі повного зведення даних про конкретного пацієнта, враховуючи не лише вік, стать та вагу, але насамперед молекулярний «паспорт» тіла. Щоб такий комп'ютер став реальністю, потрібно пройти ще багато віх, але дещо працює вже сьогодні.
Протеоміка: полювання на біомаркери
Колись настане момент, коли на будь-яку хворобу знайдеться однозначний набір біомаркерів: тоді за кількома аналізами можна буде поставити точний діагноз. Поки що такої диво-діагностики для всіх хвороб не існує, але її обіцяють створити люди, які займаються новими науками — оміками: геномікою та протеомікою. У їхнє завдання входить «оцифрувати і відстежувати» людське тіло: перевести в читаний формат дані про гени, їх експресію, мутації, білки, які синтезуються на їх основі, та багато іншого.
В Україні протеомікою - аналізом білків і пошуком біомаркерів і мішеней для ліків - займаються, окрім інших колективів, співробітники московського Інституту біомедичної хімії (ІБМХ). На Зимовій школі «Сучасна біологія та біотехнології майбутнього 2017», організованій компанією Future Biotech, СергійМошковський — керівник відділу персоналізованої медицини ІБМХ — розповідає про свою роботу так: — Ми вчимося відрізняти хворих від здорових, знаходячи у клітинах білки, які повідомляють про патологію. Але це не так просто. Ми можемо знайти характерний білок у дев'яти пацієнтів і правильно поставити діагноз, а у десятого біомаркер не спрацює. Уявіть, що кожному десятому поставили хибний діагноз — рак!
Карти Землі, яких ви ще не бачили
Досвід із квантовою фізикою успішно довів, що у кожного своя реальність
Молекулярні механізми розвитку пухлин навіть одного типу дуже різноманітні. Тому навряд чи колись з'явиться по-справжньому надійний маркер для первинної діагностики раку. Нині дослідники зосередилися на пошуку прогностичних біомаркерів; вони можуть підказати, коли слід змінити стратегію лікування чи допомогти дати прогноз перебігу хвороби. У таких випадках починають шукати не окремі білки, а їх комбінації, які з'являються в організмі під час розвитку певного патологічного процесу. Але щоб полювання на біомаркер було вдалим, потрібно розбиратися в тому, що являють собою знайдені маркери і яка їхня роль в організмі.
Ще 10 років тому фахівці з ідентифікації білків переважно займалися дуже витонченим рукоділлям — двовимірним гель-електрофорезом: результати аналізу, як картина, відображалися на гелі, їх треба було фарбувати та порівнювати вручну. Такі технології не можна було просто взяти та перенести до клініки. Коли з'явилися простіші способи аналізу протеома, у країнах відразу почали підніматися стартапи, обіцяли експрес-діагностику за профілем білків. Одна компанія пропонувала порівнювати протеом здорової людини та пацієнта та робити висновок про наявність патології,ґрунтуючись на відмінності двох графіків. При цьому сказати, на присутність яких білків вказують піки свідчень приладу, що не збігаються, було неможливо. Зачаровані інвестори давали гроші, прилади проводилися серійно, але тільки для того, щоб стати музейними експонатами в найближчі роки.
Але навіть такі не зовсім вдалі експерименти рухали протеоміку вперед. Сьогодні для інвентаризації білків використовуються складні прилади мас-спектрометри з високою точністю визначення молекулярної маси. Ще нещодавно найкращі з них були дуже дорогими в експлуатації, але нещодавно були запропоновані прилади такого типу, по суті, у настільному форматі.
Онкогеноміка: індивідуальні стратегії боротьби з раком
У середині 2000-х було запущено міжнародний проект Cancer Genome, у рамках якого зібрали 500 пар рак/норма. Тоді для кожної лінії ракових клітин було складено повний портрет — опис на генному, білковому та клітинному рівні. У процесі роботи над Cancer Genome до вчених прийшло усвідомлення того, що онкологія – дуже індивідуальна річ. Виявилося, що немає двох абсолютно однакових пухлин. Кожна починається з мутації в клітині пацієнта, тому кожна пухлина має свій геном — такий же неповторний, як геном кожної окремої людини. Більше того, навіть у межах одного організму набори мутацій у різних клітинах пухлини можуть разюче відрізнятися.
Щоб зрозуміти, як найкраще лікувати рак у конкретного пацієнта, потрібно знайти мутації, що призвели до безконтрольного зростання клітин, та вибрати способи боротьби з ними. Деякі мутації, що з високою ймовірністю призводять до раку, вже встановлені. Відомо, наприклад, що мутації генів BRCA1 та BRCA2 пов'язані з високим ризиком розвитку спадкового раку молочної залози. Після смерті родички від BRCA-асоційованого ракуактриса Анджеліна Джолі зробила генетичний тест і виявила у себе мутацію гена BRCA, після чого зважилася на превентивну операцію. Випадок широко висвітлювався у ЗМІ і чимало послужив зростанню популярності тесту.
Інші мутації, що призводять до раку, поки що залишаються невідомими, і тестів на них немає. Пошук таких мутацій – завдання онкогеноміки, ще однієї молодої науки на стику медицини та генетики. Бази даних онкогенів і генів - супресорів пухлин постійно ширяться, а вчені та лікарі намагаються впоратися з накопиченим обсягом даних. Виявивши перспективну мутацію, необхідно уявити, як саме вона позначається на роботі білків. Для цього існують спеціальні алгоритми-симулятори, проте вони поки що недосконалі, і щоб хоч із якоюсь часткою впевненості судити про роль мутації в організмі, потрібно влаштувати «консиліум» кількох таких алгоритмів.
Тестування на мутації в поодиноких генах, наприклад, на BRCA – це так звана онкологія 1.0. Більш перспективним є підхід «2.0» — аналіз десятків, а то й сотень генів відразу. Зіставляючи перелік мутацій пацієнта з базами даних про онкогени та супресори (двома видами генів, порушення експресії яких призводять до раку), вчені вже навчилися складати списки таргетних генів - тих, на які потрібно навести артилерію хіміотерапії.
Іноді не обов'язково заглядати в ДНК, щоб зрозуміти, які гени винні у розвитку захворювання. Можна, наприклад, дивитися не на самі гени, а на індикатори їхньої експресії — транскриптоми (мРНК і РНК, що не кодують). Технологія Oncotype DX (яка, до речі, вже застосовується українськими онкологами) дозволяє аналізувати транскриптом, тобто сукупність РНК тканини або клітини, що говорить про те, які гени активно працюють, і передбачати ризик рецидиву деяких видів раку. Принциптакий: якщо терапія змусила «замовчати» всі онкогени, то продуктів їхньої експресії не буде і в транскриптомі.
Маючи на руках результати тестування Oncotype DX, лікар може приймати рішення про те, яку призначити хіміотерапію після операції. У 1970—1980-х роках пошук препаратів для хіміотерапії нагадував, за висловом член-кореспондента РАН професора Імянітова, який також виступав на Зимовій школі, шаманський танець. Першими ліками від раку ми завдячуємо нелюдській зброї Другої світової — гірчичному газу. Працюючи з ветеранами війни, які постраждали під час газової атаки, американські вчені виявили, що гірчичний газ можна використовувати для лікування лімфоми. Пізніше — також випадково — під час пошуків інших ліків було відкрито інші препарати. Сьогодні рахунок таргетних препаратів йде вже на тисячі, тому їх вибір теж передовіряють комп'ютерним алгоритмам: завантаживши інформацію про найбільш клінічно значущі мутації, можна в спеціальних базах даних з фармакогеноміки знайти відповідні препарати.
Що відокремлює нас від світлого майбутнього, в якому персоналізована медицина увійде у повсякденність?
Поки вушком голки, в яке не може пройти персоналізована медицина, щоб увійти в кожну клініку, залишається біоінформаційний аналіз: машини і алгоритми поки недосконалі. Крім того, існує фінансова проблема: нові таргетні препарати зазвичай бувають дуже дорогі, та й генетичні тести коштують не менше. Здати кров на мутації окремих генів коштує недорого - близько 5 000 рублів за аналіз, зате дослідження транскриптома обійдеться не менше ніж у 4 тисячі доларів; повногеномні дослідження можуть коштувати понад 10 000 доларів. І лише тоді, коли прилади та препарати стануть дешевими та надійними, настане ераперсоналізованої медицини, коли кожного пацієнта лікуватимуть від його власної хвороби.