Czerniak, choć stanowi jedynie niewielki odsetek nowotworów skóry, jest odpowiedzialny za większość zgonów z powodu raka skóry. Ponieważ liczba przypadków czerniaka gwałtownie wzrasta w ostatnich latach, wczesne wykrywanie staje się coraz bardziej krytyczne. Podczas gdy obecne metody opierają się na badaniach wizualnych i zaawansowanych technikach obrazowania, rośnie zainteresowanie zrozumieniem roli układu nerwowego w rozwoju raka. Co zaskakujące, guzy mają własną sieć nerwów, a nerwy te mogą być kluczem do odblokowania nowych sposobów przewidywania, jak niebezpieczny może stać się czerniak.
Zrozumienie skomplikowanych zachowań guzów od dawna koncentruje się na badaczy raka. Ostatnie ustalenia z Case Western Reserve University ujawniają przełom w rozróżnianiu melanomów w oparciu o ich potencjał przerzutowy poprzez zapisy neuronowe. Badania, prowadzone przez dr Granta McCallum i profesora Dominique Durand, wraz z Jayem Shilaralrem i Tianą Anthony, odkrywają, w jaki sposób aktywność nerwowa w guzach koreluje z ich zachowaniem przerzutowym. Ich badanie, opublikowane w PLOS One, oznacza znaczący krok w kierunku wczesnego wykrywania i leczenia czerniaka.
Naukowcy przeprowadzili szereg eksperymentów na myszy w celu obserwowania wzorców neuronowych w czerniakach z przerzutami i nietopiącym. Profesor Durand wyjaśnił motywację do badania: „Naszym celem było ustalenie, czy bioelektryczne zachowanie guzów może służyć jako wczesny wskaźnik ich potencjału przerzutowego”.
Aby zbadać różnice w aktywności neuronowej między różnymi rodzajami czerniaków, zespół badawczy zastosował kombinację zaawansowanych technik rejestrowania neuronowego i obrazowania bioluminescencyjnego. Wymieszyli elektrody w guzach myszy do monitorowania skoków nerwowych, zapewniając spojrzenie w czasie rzeczywistym na aktywność elektryczną w guzach. To pozwoliło zespołowi uchwycić szczegółowe wzorce neuronowe i skorelowanie ich z zachowaniem nowotworów z czasem. Podjęto codzienne zapisy w celu zapewnienia odzwierciedlenia bieżących zmian w środowisku guza.
Zespół odkrył, że czerniaki o wysokim potencjale przerzutowym wykazywały znacznie wyższą aktywność nerwową w porównaniu z tymi o niskim potencjale przerzutowym. Aktywność ta była szczególnie widoczna w szczytach obserwowanych w zapisach neuronowych. Guzy przerzutowe wykazywały nieciągłe pociągi o wysokiej aktywności nerwowej, podczas gdy guzy niepotrzebne wykazywały minimalne skoki nerwowe. Mówiąc prosto, bardziej agresywne guzy miały w sobie bardziej „aktywne” nerwy. Obecność nerwów współczulnych odegrała kluczową rolę w tej aktywności. „Sympathektomia lub chemiczne usuwanie nerwów współczulnych wyeliminowało szczytową aktywność nerwową u obu płci”, zauważył dr McCallum, podkreślając znaczenie tych nerwów w progresji guza. „Zaskakujące nasze badania wskazują, że mózg jest nie tylko świadomy obecności guza, ale także ustanawia linie komunikacji w celu jego kontrolowania. Skomplikowana aktywność nerwowa, którą zaobserwowaliśmy w czerniakach, sugeruje złożoną interakcję, w której mózg może wpływać na zachowanie i postęp guza ”, wyjaśnił profesor Dominique Durand.
Oprócz nagrań neuronowych naukowcy wykorzystali bioluminescencyjne obrazowanie do śledzenia wzrostu guza i przerzutów. Wstrzyżając marker bioluminescencyjny, byli w stanie wizualizować ekspansję nowotworu i rozprzestrzeniać się na inne części ciała, zwłaszcza obszar czaszki, który jest wspólnym miejscem przerzutów czerniaka. Ta metoda dostarczyła kompleksowego spojrzenia na to, jak nowotwory rozwinęły się i rozprzestrzeniają w czasie. Zespół zaobserwował, że szczyty aktywności neuronowej ściśle ustawiły się wraz z początkiem zwiększonego obciążenia przerzutowego, podkreślając potencjał zapisów neuronowych jako narzędzia predykcyjnego.
Dodatkowo badanie wykazało, że guzy o niskim potencjału przerzutowym miały znacznie niższą gęstość nerwów w porównaniu z ich wysoce przerzutowymi odpowiednikami. Ta różnica w gęstości nerwów dodatkowo utrwala związek między aktywnością nerwową a agresywnością nowotworu.
Naukowcy uważają, że to badanie otwiera nowe możliwości wczesnej diagnozy i ukierunkowanej terapii w leczeniu czerniaka. „Nasze ustalenia sugerują, że monitorowanie aktywności neuronowej w guzach może stanowić nieinwazyjną metodę przewidywania ich potencjału przerzutowego”, powiedział profesor Durand. „Takie podejście może prowadzić do wcześniejszych interwencji, potencjalnie poprawiając wskaźniki przeżycia u pacjentów z czerniakiem”.
Podsumowując, badanie przeprowadzone przez dr McCallum, profesora Duranda i ich współpracowników przedstawiają przekonujące dowody na to, że zapisy neuronowe mogą rozróżniać czerniaki na podstawie ich potencjału przerzutowego. Ten przełom nie tylko poprawia nasze zrozumienie biologii nowotworów, ale także toruje drogę innowacyjnymi narzędziami diagnostycznymi w leczeniu raka.
Referencje dziennika
Shiralkar, J., Anthony, T., McCallum, GA, i Durand, DM (2024). Neuronowe zapisy mogą rozróżniać spontanicznie przerzutu czerniaki i melanomy o niskim potencjale przerzutowym. PLOS ONE, 19 (2), E0297281. Doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0297281
O autorach
Dominique M. Durand jest profesorem inżynierii biomedycznej i neurosciencji i dyrektorem Neural Engineering Center na Case Western Reserve University w Cleveland, Ohio. Uzyskał stopień inżynierski z Ecole Nationale Superieure D’Electronique, Hydrolique, Informatique Et Automatique de Toulouse we Francji w 1973 r. W 1974 r. Otrzymał stopień MS w dziedzinie inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Rezerwatorze Case Reserve w Cleveland Oh., Pracował kilka lat w Fundacji Research Addiction Research of Toronto, Kanada i w 1982 r. Otrzymał Ph.D. w inżynierii elektrycznej z University of Toronto w Instytucie Inżynierii Biomedycznej. Otrzymał nagrodę prezydencką NSF Young Investigator, a także nagrody Diekhoff i Wittke za dyżurki i licencjat oraz najwyższe nagrody zarządu Mortar Board na Case Western Reserve University. Jest członkiem IEEE, a także członkiem American Institute for Medical and Biomedical Engineering oraz Fellow of Institute of Physics. Obsługuje wiele redakcji recenzowanych czasopism naukowych. Jest redaktorem założycielem Journal of Neural Engineering i przez 18 lat pełnił funkcję redaktora naczelnego. Jego zainteresowania badawcze dotyczą inżynierii neuronowej i obejmują neuronauka obliczeniową, neurofizjologię i kontrolę padaczki, nieliniową dynamikę układów nerwowych, protez nerwowych oraz stosowane interakcje pola magnetycznego i elektrycznego z tkanką nerwową. Uzyskał fundusze na badania od National Science Foundation, National Institutes of Health and Prywatne Fundations. Opublikował ponad 160 recenzowanych artykułów i skonsultował się z wieloma firmami i fundamentami biotechnologicznymi.
Grant A. McCallum otrzymał doktorat Stopień inżynierii elektrycznej na Case Western Reserve University (CWRU) w 2011 roku. Obecnie jest asystentem badań na Wydziale Inżynierii Biomedycznej w CWRU. Przed studiami podyplomowymi pracował przez dziewięć lat w Texas Instruments i NVIDIA Corporation jako starszy inżynier projektowania ASIC, tworząc obwody zintegrowane szerokopasmowe i procesory graficzne. Jego ogólne zainteresowania badawcze obejmują opracowanie interfejsów nerwowych obwodowych, nerwowych systemów rejestracji nerwowych i wszczepialnych urządzeń biotelemetrycznych.
Dr. Jay R Shalakar Niedawno uzyskał doktorat z inżynierii biomedycznej na Case Western Reserve University z wytycznymi od wybitnych i wyróżniających się Profesor Dominique M Durand. Jego badania koncentrowały się na rozwoju neuronowych interfejsu guzów litych, z naciskiem na rozwiązywanie roli autonomicznego układu nerwowego w fizjologii guza. Podczas studiów doktoranckich Jay opublikował artykuły w wpływowych czasopismach, podkreślając jego wkład w dziedzinę biologii inżynierii i raka nerwowego oraz ich zastosowania w guzach piersi i czerniaka.
Prace Jaya zostały uznane za nagrody, w tym nagrodę Swanger Fellowship Award od Case School of Engineering. Przedstawił także swoje odkrycia na wielu międzynarodowych konferencjach, zwracając uwagę na jego nowatorskie podejście do rozwiązywania złożonych problemów biomedycznych.
Oprócz swoich badań Jay wykazał się silnym zaangażowaniem w mentoring i nauczanie, służąc jako TA dla kilku kursów licencjackich i mentoring młodszych badaczy w laboratorium. Jego zaangażowanie w edukację i innowacje w inżynierii biomedycznej pozycjonuje go jako obiecującego wschodzącego lidera w tej dziedzinie.
W wolnym czasie Jay cieszy się wolontariatem w zakresie inicjatyw zdrowotnych społeczności i badając najnowsze postępy w zakresie technologii medycznych. Z pasją poprawy wyników pacjentów poprzez najnowocześniejsze badania, dr Jay R Shilaral jest w stanie wnieść znaczący wkład w społeczność inżynierii biomedycznej i onkologii.
