W ramach ciągłych wysiłków mających na celu znalezienie lepszych sposobów walki z rakiem naukowcy opracowali kreatywne podejście, które w zaskakujący sposób wykorzystuje własne komórki tłuszczowe organizmu. Zamiast pozwalać nowotworom zużywać całą potrzebną im energię, naukowcy zaprojektowali komórki tłuszczowe tak, aby konkurowały z nowotworami o te składniki odżywcze, skutecznie głodząc raka. Strategia ta wykazała dużą zdolność do spowalniania lub nawet zatrzymywania wzrostu nowotworu w szeregu laboratoryjnych modeli nowotworów.
Profesor Nadav Ahituv i jego współpracownicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco stworzyli tę nową metodę, którą nazywają przeszczepieniem manipulacyjnym tkanki tłuszczowej – procesem, w którym wykorzystuje się zmodyfikowaną tkankę tłuszczową do zakłócania wzrostu nowotworu. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Nature Biotechnology.
Aby opracować tę technikę, zespół profesora Ahituva wykorzystał narzędzia do edycji genów, czyli metody zmiany określonych części materiału genetycznego komórki, w celu przeprogramowania zwykłych komórek tłuszczowych tak, aby wchłonęły znacznie więcej cukru i tłuszczu niż zwykle. Kiedy te specjalnie zaprojektowane komórki umieszczono obok guzów myszy, wchłonęły źródła energii, na których zwykle polegają komórki nowotworowe. W rezultacie guzy skurczyły się do mniej niż połowy swojej zwykłej wielkości. Zmniejszył się także wzrost naczyń krwionośnych wokół guzów, co jeszcze bardziej ograniczyło zdolność nowotworu do rozwoju. Testy przeprowadzone na laboratoryjnie wyhodowanych skupiskach komórek raka piersi pobranych od pacjentek wykazały, że zmodyfikowane komórki tłuszczowe również spowalniają wzrost guza.
Kluczową częścią sukcesu była zmiana zachowania komórek tłuszczowych. Wzmacniając gen zwany białkiem rozprzęgającym 1 – który pomaga komórkom spalać energię w postaci ciepła, a nie ją magazynować – badacze sprawili, że komórki zachowywały się bardziej jak rodzaj tłuszczu znanego ze spalania energii, zwanego brązowym tłuszczem. Ta zmiana zwiększyła zdolność komórek tłuszczowych do przetwarzania cukru i tłuszczu. Jak to ujął profesor Ahituv: „Wspólna hodowla adipocytów pochodzących od pacjentów z organoidami nowotworowymi wyciętych ludzkich nowotworów piersi znacząco hamuje postęp i proliferację nowotworu”.
Tym, co czyni tę technikę szczególnie obiecującą, jest jej skuteczność w leczeniu różnych rodzajów nowotworów, a nie tylko jednego. Naukowcy zaobserwowali pozytywne wyniki nie tylko w przypadku raka piersi, ale także raka okrężnicy, trzustki i prostaty. Zmodyfikowane komórki tłuszczowe wpływały bezpośrednio na nowotwór, a także na obszar wokół guza. Zespół zaobserwował mniej oznak niedoboru tlenu wewnątrz guzów, tworzenia się mniejszej liczby naczyń krwionośnych i większej liczby obumierania komórek nowotworowych. „Pokazujemy, że aktywacja genów oparta na CRISPR – metoda zwiększająca aktywność niektórych genów bez cięcia DNA – regulacja w górę białka rozprzęgającego 1, koaktywatora 1-alfa aktywowanego przez proliferatory peroksysomów, receptora gamma 1-alfa, który jest kluczowym regulatorem produkcji energii, lub domena PR zawierająca 16, gen zaangażowany w rozwój spalających energię komórek tłuszczowych, indukuje brązowienie ludzkich adipocytów, prowadząc do zwiększonego wychwytu glukozy i kwasów tłuszczowych awarii” – zauważył profesor Ahituv, wyjaśniając, w jaki sposób zmiany zakłóciły dostawę energii przez nowotwór.
Aby potwierdzić swoje ustalenia, naukowcy przetestowali także terapię na myszach, które zostały genetycznie zmienione w sposób umożliwiający rozwój raka trzustki lub piersi. Umieścili zmodyfikowane komórki tłuszczowe blisko lub dalej od guzów. W obu przypadkach guzy znacznie się zmniejszyły. Co ważne, leczenie nie spowodowało szkodliwych skutków ubocznych, takich jak skrajna utrata masy ciała – problem często występujący w przypadku leczenia raka wpływającego na cały organizm.
Tym, co wyróżnia tę metodę, jest elastyczność i bezpieczeństwo stosowania jej u ludzi. Tkankę tłuszczową można łatwo usunąć z organizmu za pomocą liposukcji i można ją modyfikować poza organizmem przed ponownym umieszczeniem. Te zmodyfikowane komórki tłuszczowe można nawet dostosować tak, aby blokowały określone składniki odżywcze, od których zależy nowotwór. Na przykład zespół zmodyfikował niektóre komórki tak, aby działały na składnik odżywczy zwany urydyną – substancją wykorzystywaną przez komórki do budowy RNA, ważnego w przypadku niektórych nowotworów trzustki. Ten rodzaj personalizacji sugeruje, że pewnego dnia tę metodę można będzie dostosować do potrzeb każdego pacjenta w oparciu o unikalne cechy jego nowotworu.
To odkrycie otwiera drzwi do innego rodzaju terapii przeciwnowotworowej – takiej, która nie opiera się na toksycznych lekach, ale zamiast tego zmienia sposób wykorzystania składników odżywczych w organizmie. Zamieniając komórki tłuszczowe w głodnych sąsiadów, którzy kradną paliwo z nowotworów, naukowcy być może znaleźli nowy sposób pomagania pacjentom w walce z rakiem. Strategia przeszczepiania tkanki tłuszczowej może zapewnić naturalne i ukierunkowane leczenie, które współpracuje z systemami organizmu i powstrzymuje choroby.
Odniesienie do czasopisma
Nguyen HP, An K., Ito Y., Kharbikar BN, Sheng R. i in. „Implantacja zmodyfikowanych adipocytów hamuje postęp nowotworu w modelach raka”. Biotechnologia Przyrody, 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-024-02551-2
O autorze
Profesor Nadav Ahituv jest genetykiem i badaczem biomedycznym pracującym na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco, gdzie prowadzi pionierskie prace w zakresie regulacji genów i genomiki funkcjonalnej. Jego badania koncentrują się na zrozumieniu, w jaki sposób zmiany w niekodujących regionach DNA – częściach, które nie kodują bezpośrednio białek – mogą wpływać na rozwój człowieka i choroby. Profesor Ahituv odegrał kluczową rolę w udoskonalaniu narzędzi opartych na CRISPR do manipulowania aktywnością genów bez zmiany samego DNA. Szczególnie interesuje go, w jaki sposób technologie te można bezpiecznie zastosować w medycynie personalizowanej, w tym w terapii nowotworów. Prace jego laboratorium często łączą naukę podstawową z potencjałem klinicznym, wykorzystując wiedzę genetyczną do projektowania ukierunkowanych, specyficznych dla tkanki terapii. Dzięki współpracy międzydyscyplinarnej profesor Ahituv nadal bada, w jaki sposób można dostroić nasze instrukcje genetyczne, aby leczyć złożone choroby w nowy i bardzo precyzyjny sposób.
