Диффузная внутренняя глиома моста (DIPG) может быть одной из малоизвестных форм рака, но может быть одной из самых дьявольских.DIPG — это рак ствола головного мозга, который поражает в основном детей, 200-400 человек в год в Соединенных Штатах, и выживаемость составляет менее 1% через пять лет после постановки диагноза. Лучевая терапия дает только временное облегчение.
Благодаря команде ученых, в том числе доценту Техасского технологического университета Ранадипу Палу с кафедры электричества. Докторант компьютерной инженерии и электротехники Ноа Берлоу, возможно, ситуация изменилась.Пал был одним из четырех старших авторов, а Берлоу — соавтором исследования, частично финансируемого Национальным научным фондом, по изучению эффективности таргетной лекарственной терапии на раковые клетки DIPG.
Результаты исследования были недавно опубликованы издательством Nature Medicine в статье, озаглавленной «Функционально определенные терапевтические цели при диффузной внутренней глиоме моста».«Мы относились к опухоли как к инженерной системе, как к компьютеру», — сказал Пал. «Вы можете протолкнуть различные компоненты внутри системы и заблокировать разные пути и посмотреть, как реагирует компьютер. Это исследование похоже на то, где мы можем попробовать разные лекарства, чтобы посмотреть на результат и узнать, насколько чувствительны к этому лекарству, и сгенерировать модель. для опухоли ".
Одно исследование показало, что одобренный FDA препарат Панобиностат показал более длительную выживаемость у мышей с DIPG. Однако некоторые образцы DIPG показали устойчивость к препарату, а это означает, что для некоторых пациентов потребуется определить комбинации панобиностата или новые комбинации препаратов.
Используя метод, изобретенный в лаборатории Пала за последние три года под названием «Вероятностные карты ингибирования мишеней» (PTIM), Пал и Берлоу создали математические модели для прогнозирования чувствительности к противораковым препаратам на основе данных скрининга лекарств и экспрессии генов. Это позволило исследователям определить, какие лекарства были наиболее эффективными, сами по себе или в комбинации, в уничтожении или ограничении роста раковых клеток.«В этой статье сообщается о результате международной совместной инициативы исследовательских лабораторий по медицинскому и компьютерному моделированию, работающих с семьями и фондами для изучения DIPG и предложения потенциальных новых методов лечения с использованием целевых лекарств», — сказал Пал.Давно пришедший Пал, вместе с доктором Чарльзом Келлером из Института развития детской онкологической терапии в Форт-Коллинзе, Колорадо, доктором Мишель Монье из Стэнфордской медицинской школы и доктором Жаком Грилем из Университета Париж-Юг, руководили исследованием.
Пал сказал, что впервые встретил Келлера в середине 2000-х, когда Келлер работал в Центре медицинских наук Техасского университета в Сан-Антонио, а Пал работал над докторской степенью в Техасском университете.Пал пришел в Техасский технологический институт в 2007 году, и несколько лет спустя они начали обсуждать работу лаборатории Келлера в Oregon Health.
Научный центр занимался таргетной лекарственной терапией. Именно здесь и зародилась идея PTIM.
«Если мы знаем мишени для лекарств и их чувствительность, на основании этого мы можем придумать модель», — сказал Пал. «Мы применяем отдельные лекарства к опухоли и смотрим на результат, а затем придумываем математическую модель, которая позволяет прогнозировать комбинацию двух лекарств и проверять, работают ли они».Пал принимал участие в разработке и интерпретации экспериментов и результатов, связанных с аспектами вычислительного моделирования проекта. Берлоу, который получит докторскую степень в июне, проанализировал данные и реализацию модели PITM для набора данных для создания прогнозов.
«Химиотерапия — это ядерный вариант, потому что она поражает все. Но это не значит, что она убивает все раковые клетки», — сказал Берлоу. «Если химиотерапия не работает, значит, у вас есть более сильные химиорезистентные раковые клетки, готовые к возобновлению роста. А использование химиотерапии чрезвычайно опасно для человеческого организма. Идея таргетной терапии заключается в том, чтобы нанести значительно меньший ущерб.
Возможность точно нацеливать рак клетки с правильными препаратами — следующий шаг, и вам будет трудно найти кого-то, кто этого не хотел бы ».Настоящее исследование представляет собой беспрецедентное совместное усилие ученых из 13 институтов, работающих над общей целью определения перспективных методов лечения DIPG, смертельной опухоли головного мозга с ограниченным терапевтическим прогрессом.«Результат очень важен, поскольку существуют ограниченные терапевтические возможности для детей с DIPG, — сказал Пал, — и текущие исследования показывают, что панобиностат сам по себе или в комбинации с другими лекарствами может иметь существенную терапевтическую активность».Результаты исследования проложили путь к клиническому исследованию, которое в настоящее время разрабатывается для монотерапии препаратом Панобиностат, набор пациентов, вероятно, начнется позже в этом году.
Однако наблюдаемая устойчивость к панобиностату в некоторых клеточных линиях DIPG предполагает, что для эффективной борьбы с DIPG может потребоваться комбинация двух или более лекарств.Революционные возможности Может показаться, что исследования в области электротехники и рака не идут рука об руку, но Берлоу сказал, что существует большая потребность в технологиях для сбора и анализа данных, а также в разработке методов для этого.Вот где в игру вступают программное обеспечение, алгоритмы и статистический анализ, и поэтому лаборатория Pal смогла сыграть ключевую роль в исследованиях лекарственной терапии DIPG. Возможность создавать модели из большого количества собранных данных дополняет биологическую работу, проделанную с точки зрения экспериментов, основанных на сгенерированных данных.
Берлоу сказал, что их внимание было сосредоточено не на разработке лекарств или их комбинаций, а на обнаружении основных функциональных биологических драйверов раковых клеток. Это приводит к открытию определенных путей с общими мишенями, и можно использовать или разработать определенные лекарства, которые атакуют эти пути, тем самым убивая раковые клетки и подавляя их способность развивать устойчивость к лекарствам.Эта информация может быть использована для разработки индивидуальных комбинаций лекарств для индивидуального лечения пациентов.«В конце концов, это то, на что мы можем нацеливаться, и это то, что мы можем лечить», — сказал Берлоу. «Если вы можете предложить более низкую токсичность, лучшие результаты, более счастливых пациентов и более долгую жизнь, в этом нет ничего плохого.
Большинство клиницистов и онкологов, с которыми я встречаюсь, занимались этим, потому что они хотят помочь людям. иметь возможность что-либо сделать с этим болезненно. Очень важно иметь что-то вроде нашего подхода к персонализированной целевой терапии для пациента ».Пал сравнил сотрудничество инженерии и медицины с разработкой аппарата магнитно-резонансной томографии (МРТ), который стал обычным и необходимым диагностическим инструментом для врачей.
Пал считает, что создание компьютерных моделей для таргетной лекарственной терапии в конечном итоге станет такой же важной частью повседневной медицины.«Между медициной и инженерией так много общего, — сказал Пал. «Возможно, это не лекарство, но это первый шаг к победе над этой смертельной болезнью, и мы можем двигаться дальше. Это очень хорошее начало, очень многообещающее начало, которое может побудить людей поближе изучить эту область. с точки зрения перспективы, этот случай является подтверждением нашей общей концепции, и мы определенно хотели бы применить ее к другим формам рака ».