Kemikers beregninger kan fremme forudsigelse af kræft

Hvornår bliver kræfttilbøjelige celler til fuld kræft? En forsker fra Rice University og hans kollega mener, at der er en måde at vide det på.

Det kan blive muligt for biomarkører i blod at afsløre, om muterede celler har vendt et hjørne mod dannelse af tumorer, og hvor lang tid processen - afhængigt af kræftformen - sandsynligvis vil tage. Det kan give patienterne en fornemmelse af den risiko, de står over for, før de bliver syge.

Riskemiker Anatoly Kolomeisky, med postdoc-forsker Hamid Teimouri og kandidat-alumna Maria Kochugaeva, rettet deres teoretiske ekspertise i modellering af tilfældige (stokastiske) processer til problemet med, hvorfor kræftceller, der normalt ødelægges af kroppens immunsystem, nogle gange overvinder en spids af forsvarsstoffer og bliver til tumorer.

Studiet i Videnskabelige rapporter har til formål at afklare mikroskopiske aspekter af kræftinitiering, det punkt, hvor tilfældige mutationer bliver "fikseret" i celler, som giver dem videre og til sidst overvælder væv.

Som en del af deres studie, forskerne beregnede fikseringssandsynligheder for 28 typer kræft for at se, hvordan de korrelerer med tilgængelige kliniske data om livstidsrisiko for kræft - og fandt ud af, at sammenhængen var alt andet end sikker.

"Problemet med kræft er, at vi opdager det for sent, " sagde Kolomeisky, en professor i kemi og formand for afdelingen i Rices Wiess School of Natural Sciences. Forskerne argumenterer for deres "praktiske, enkel og alsidig" metode til at evaluere kræftinitieringsdynamik bør inkorporere initieringsdynamik for specifikke kræfttyper såvel som etablerede livstidsrisici.

Kolomeisky har en lang erfaring med opdagelse relateret til cellulære mekanismer, især relateret til motorproteiner, der transporterer last i celler og genomredigering. Inspireret af en direkte kommentar fra en kollega om, at hans beregninger så ud til, at de kunne relatere til kræft, Kolomeisky tog afsted for at finde ud af, om hans matematiske tilgang kunne anvendes på kræftinitieringsdynamik.

Baseret på deres formler, forskerne udviklede et diagram, der korrelerer livstidsrisici og initieringstider for 28 typer kræft – og fandt meget lidt, der kunne forbinde de to. "Det indikerer, at livstidsrisiko for kræft ikke alene kan bruges til at vurdere faren for at få kræft, " skrev forskerne, tyder på fikseringstider, der indikerer tumorinitiering, er en mere vigtig metrisk.

For eksempel, diagrammet viser, at kolorektalt adenocarcinom med FAP har den højeste livstidsrisiko, men dens fikseringstid på 15 år er næsten tre gange så lang som tolvfingertarmens adenokarcinom med FAP, som menes at have en meget lavere livstidsrisiko. I den anden ende af fikseringsskalaen er hepatocellulære karcinomer, på mere end 31, 000 år.

Deres beregninger sammenlignede "fitness" af individuelle celler med kræftrelaterede mutationer med normale celler uden, og hvor hurtigt de delte. Væv med mutante celler, der delte sig i et 1-til-1-forhold med normale celler, var de langsomste til at "fikse" tumorer.

Forskerne antog, at mutante celler med en hastighedsfordel ville reparere tumorer hurtigere, og de havde ret. Men de blev overraskede, da deres modeller viste, at celler med ugunstige mutationer (langsommere end normal deling) også lejlighedsvis var hurtigere end normale celler at fikse.

"Folk antager, normalt ubevidst, at noget mere sandsynligt vil ske hurtigere, "Sagde Kolomeisky." Men vi fandt ud af, at det ikke er tilfældet for kræft. Læger bør ikke bare træffe beslutninger om livstidsrisiko, som man normalt gør, men også på den dynamik, vi beregnede som vores hovedresultater.

"Hovedpunkterne er, at vi kan beregne, med mange antagelser, den gennemsnitlige tid før kræft starter, " sagde han. "Vi argumenterer også for, at sandsynligheden for kræft typisk ikke hænger godt sammen med det tidspunkt, det starter. Noget mere sandsynligt er ikke nødvendigvis hurtigt."

Mutante celler, der frigiver biomarkører til blodbanen, kan give en bedre måde at spotte præcancerøse tilstande.

"I fremtiden, dette kunne blive en del af personlig medicin, "Sagde Kolomeisky." En læge giver dig en test og kontrollerer, om brøkdelen af ​​muterede celler i dit væv er.

Så kan du estimere, hvor lang tid det vil tage, før de muterede celler vil optage hele vævet. Hvis det er 100 år, du skal nok ikke bekymre dig for meget. Men hvis det er et år, så skal du måske tage drastiske foranstaltninger."

Han sagde, at modellen helt sikkert vil blive bedre, efterhånden som flere relevante parametre indarbejdes. Men alt, hvad det producerer nu og i fremtiden, bør ikke afholde en fra en sund livsstil.

"Vi siger ikke, at du vil eller ikke vil få kræft, uanset hvad du gør, " sagde Kolomeisky. "Bare at sandsynligheden er anderledes. Hvis du ryger, hvis du ikke spiser godt eller ikke træner, sandsynligheden vil være højere."