Τα ατομικά δακτυλικά αποτυπώματα του καρκίνου;
Κύτταρα ζύμης κάτω από μικροσκόπιο.Από Wikimedia Commons.
Γεωλόγοι, βιολόγοι ανακαλύπτουν τα ατομικά δακτυλικά αποτυπώματα του καρκίνου.
Οι επιστήμονες της Γης έχουν στραφεί εδώ και πολύ καιρό σε μικρές διαφορές στα άτομα υδρογόνου για να εξερευνήσουν την αρχαία ιστορία του πλανήτη μας. Μια νέα μελέτη δείχνει ότι αυτά τα ίδια μικροσκοπικά άτομα μπορεί επίσης να οδηγήσουν σε νέους τρόπους παρακολούθησης της ανάπτυξης του καρκίνου.
Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Μπόλντερ και στο Πανεπιστήμιο Πρίνστον χρησιμοποίησαν, για πρώτη φορά, ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται συχνά στη γεωλογία για την ανίχνευση των ατομικών δακτυλικών αποτυπωμάτων του καρκίνου.
Σε μια περίπτωση που η ιατρική συναντά την επιστήμη της γης, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα καρκινικά κύτταρα μπορεί να παράγονται από διαφορετική ποικιλία ατόμων υδρογόνου από τον υγιή ιστό. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να δώσουν στους γιατρούς νέες στρατηγικές για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο ο καρκίνος αναπτύσσεται και εξαπλώνεται - και μπορεί ακόμη και μια μέρα να οδηγήσουν σε νέους τρόπους εντοπισμού του καρκίνου νωρίς στο σώμα.
Η ομάδα, με επικεφαλής την γεωχημικό του CU Boulder, Ashley Maloney, θα δημοσιεύσει τα ευρήματά της αυτή την εβδομάδα στο Proceedings of the National Academy of Sciences .
«Αυτή η μελέτη προσθέτει ένα εντελώς νέο στρώμα στην ιατρική, δίνοντάς μας την ευκαιρία να δούμε τον καρκίνο σε ατομικό επίπεδο», δήλωσε η Maloney, επιστημονικός συνεργάτης στο Τμήμα Γεωλογικών Επιστημών.
Εξήγησε ότι στη φύση, το υδρογόνο έρχεται σε δύο κύριες γεύσεις, ή ισότοπα. Μερικά άτομα υδρογόνου, που ονομάζονται δευτέριο, είναι λίγο βαρύτερα, ενώ άλλα, συνήθως γνωστά απλώς ως υδρογόνο, είναι λίγο ελαφρύτερα. Στη Γη, τα άτομα υδρογόνου υπερτερούν αριθμητικά των ατόμων δευτερίου κατά μια αναλογία περίπου 6.420 προς ένα.
Για δεκαετίες, επιστήμονες από διάφορους τομείς έχουν στραφεί στη φυσική κατανομή αυτών των ατόμων για να αποκαλύψουν στοιχεία για την ιστορία του πλανήτη μας. Οι επιστήμονες του κλίματος, για παράδειγμα, εξετάζουν τα άτομα υδρογόνου που έχουν παγιδευτεί στον πάγο στην Ανταρκτική για να συμπεράνουν πόσο ζεστή ή δροσερή ήταν η Γη πριν από εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια.
Στη νέα μελέτη, η Maloney και οι συνεργάτες της αναρωτήθηκαν: Θα μπορούσαν αυτά τα ίδια, μικροσκοπικά άτομα να παρέχουν υποδείξεις για τη ζωή πολύπλοκων βιολογικών οργανισμών;
Για να το ανακαλύψει, η ομάδα ανέπτυξε καλλιέργειες ζυμομυκήτων και ηπατικών κυττάρων ποντικού στο εργαστήριο και στη συνέχεια ανέλυσε τα άτομα υδρογόνου τους. Η ομάδα διαπίστωσε ότι τα κύτταρα που αναπτύσσονται πολύ γρήγορα, όπως τα καρκινικά κύτταρα, περιέχουν πολύ διαφορετική αναλογία υδρογόνου έναντι ατόμων δευτερίου. Σκεφτείτε το σαν τον καρκίνο που αφήνει ένα δακτυλικό αποτύπωμα στο πόμολο μιας σκηνής εγκλήματος.
Η έρευνα βρίσκεται ακόμα στα αρχικά της στάδια και η ομάδα δεν είναι σίγουρη πώς αυτό το σήμα μπορεί να εμφανιστεί ή όχι στα σώματα πραγματικών ασθενών με καρκίνο. Αλλά οι δυνατότητες θα μπορούσαν να είναι μεγάλες, είπε ο Sebastian Kopf, συν-συγγραφέας της μελέτης και επίκουρος καθηγητής στις γεωλογικές επιστήμες.
«Οι πιθανότητές σου να επιβιώσεις είναι πολύ μεγαλύτερες αν κολλήσεις καρκίνο νωρίς», είπε ο Kopf. «Εάν αυτό το ισοτοπικό σήμα είναι αρκετά ισχυρό ώστε να μπορείτε να το ανιχνεύσετε μέσω μιας εξέτασης αίματος, αυτό θα μπορούσε να σας δώσει μια σημαντική υπόδειξη ότι κάτι είναι απενεργοποιημένο».
Ο μεταβολισμός του καρκίνου
Η μελέτη επικεντρώνεται γύρω από μια έννοια που έχει ιντριγκάρει τους ερευνητές του καρκίνου εδώ και χρόνια: τον μεταβολισμό.
Υπό κανονικές συνθήκες, τα κύτταρα οργανισμών όπως η ζύμη και τα ζώα παράγουν ενέργεια μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αναπνοή, κατά την οποία λαμβάνουν οξυγόνο και απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Αλλά αυτός δεν είναι ο μόνος τρόπος για να αυξήσετε το σάκχαρο. Αποικίες μαγιάς αρτοποιίας (Saccharomyces cerevisiae), για παράδειγμα, μπορούν να παράγουν ενέργεια μέσω ζύμωσης, κατά την οποία οι οργανισμοί διασπούν τα σάκχαρα χωρίς βοήθεια από οξυγόνο και παράγουν αλκοόλ. Είναι η ίδια διαδικασία που σου δίνει μπύρα.
«Στους ανθρώπους, εάν ένας αθλητής αποδίδει πέρα από το αερόβιο όριο του, οι μύες τους θα αρχίσουν επίσης να ζυμώνουν, κάτι που δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο», είπε ο Kopf. «Αυτό σας δίνει μια γρήγορη ώθηση ενέργειας».
Όπως αποδεικνύεται, πολλά καρκινικά κύτταρα τροφοδοτούν επίσης την ανάπτυξή τους μέσω μιας παρόμοιας στρατηγικής γρήγορου πλουτισμού.
Οι επιστήμονες αναζητούν εδώ και καιρό περισσότερους τρόπους για να παρακολουθούν αυτές τις μεταβολικές αλλαγές στα καρκινικά κύτταρα. Η Maloney, η οποία ηγήθηκε της νέας μελέτης ως μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Harry Hess στο Princeton, και ο σύμβουλός της Xinning Zhang ανέπτυξαν μια ιδέα: Παρακολούθηση υδρογόνου.
Μέσα στο κελί
Σήμερα, η Maloney διαχειρίζεται το CU Boulder's Earth Systems Stable Isotope Lab, μία από τις περισσότερες από 20 βασικές εγκαταστάσεις στην πανεπιστημιούπολη. Ως μεταπτυχιακός φοιτητής, εξερεύνησε άτομα υδρογόνου σε φύκια από τροπικά νησιά. Η τρέχουσα δουλειά της εμπνεύστηκε από μια απίθανη πηγή: τον πατέρα της, δερματολόγο.
«Απομακρύνει τα καρκινικά κύτταρα του δέρματος από τους ανθρώπους όλη την ώρα», είπε η Maloney. «Αναρωτήθηκα πώς ο μεταβολισμός αυτών των κυττάρων μπορεί να είναι διαφορετικός από τα κύτταρα που αναπτύσσονται δίπλα τους».
Για να καταλάβουμε αυτό το ερώτημα, βοηθάει να γνωρίζουμε αρχικά πώς το υδρογόνο περιέρχεται στα κύτταρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτά τα άτομα προέρχονται από ένα δύσκολα προφερόμενο, αλλά εξαιρετικά σημαντικό, ένζυμο γνωστό ως φωσφορικό δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης (NADPH). Μεταξύ των πολλών ρόλων του στα κύτταρα, το NADPH συλλέγει άτομα υδρογόνου και στη συνέχεια τα περνά σε άλλα μόρια στη διαδικασία παραγωγής λιπαρών οξέων, ένα σημαντικό δομικό στοιχείο για τη ζωή.
Το NADPH, ωστόσο, δεν αντλεί πάντα από την ίδια δεξαμενή υδρογόνου. Προηγούμενη έρευνα με επικεφαλής τον Zhang και εστίαση στα βακτήρια πρότεινε ότι, ανάλογα με το τι κάνουν άλλα ένζυμα σε ένα κύτταρο, το NADPH μπορεί μερικές φορές να χρησιμοποιεί διαφορετικά ισότοπα υδρογόνου περισσότερο ή λιγότερο συχνά.
Το οποίο έθεσε το ερώτημα: Εάν ο καρκίνος επανασυνδέσει τον μεταβολισμό ενός κυττάρου, θα μπορούσε επίσης να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο το NADPH λαμβάνει το υδρογόνο του, αλλάζοντας τελικά την ατομική σύνθεση ενός κυττάρου;
Παράθυρο στον καρκίνο
Για να αρχίσουν να το ανακαλύπτουν, οι ερευνητές έστησαν βάζα γεμάτα με ανθισμένες αποικίες μαγιάς σε εργαστήρια στο Princeton και στο CU Boulder. Ξεχωριστά, βιολόγοι στο Πρίνστον πραγματοποίησαν ένα πείραμα με αποικίες υγιών και καρκινικών ηπατικών κυττάρων ποντικού. Στη συνέχεια, οι ερευνητές τράβηξαν τα λιπαρά οξέα από τα κύτταρα και χρησιμοποίησαν μια μηχανή που ονομάζεται φασματόμετρο μάζας για να προσδιορίσουν την αναλογία των ατόμων υδρογόνου μέσα.
«Όταν ξεκινήσαμε τη μελέτη, σκέφτηκα, ωχ, έχουμε την ευκαιρία να δούμε κάτι ωραίο», είπε η Maloney. «Κατέληξε να δημιουργήσει ένα τεράστιο σήμα, το οποίο δεν περίμενα».
Κύτταρα ζύμης, το είδος που μοιάζει με καρκίνο, περιείχε περίπου 50% λιγότερα άτομα δευτερίου κατά μέσο όρο από τα κανονικά κύτταρα ζυμομύκητα, μια εκπληκτική αλλαγή. Τα καρκινικά κύτταρα εμφάνισαν παρόμοια αλλά όχι τόσο ισχυρή έλλειψη δευτερίου.
Ο Zhang, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης και επίκουρος καθηγητής γεωεπιστημών στο Πρίνστον, ελπίζει ότι η έρευνα θα μπορούσε μια μέρα να βοηθήσει οικογένειες σε όλο τον κόσμο.
«Ο καρκίνος και άλλες ασθένειες είναι δυστυχώς ένα τεράστιο θέμα στη ζωή πολλών ανθρώπων. Το να δεις τα δεδομένα της Ashley ήταν μια ιδιαίτερη, βαθιά στιγμή», είπε ο Zhang. «Σήμαινε ότι ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της πλανητικής υγείας θα μπορούσε επίσης να εφαρμοστεί για την παρακολούθηση της υγείας και των ασθενειών σε μορφές ζωής, ελπίζουμε μια μέρα στους ανθρώπους. Μεγαλώνοντας σε μια οικογένεια που αντιμετωπίζει πρόκληση καρκίνου, ελπίζω να δω αυτή την περιοχή να επεκτείνεται».
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα sciencedaily
περισσότερα,
https://www.colorado.edu/today/2024/05/06/geologists-biologists-unearth-atomic-fingerprints-cancer
Ashley E. Maloney, Sebastian H. Kopf, Zhaoyue Zhang, Jamie McFarlin, Daniel B. Nelson, Andrew L. Masterson, Xinning Zhang. Large enrichments in fatty acid 2 H/ 1 H ratios distinguish respiration from aerobic fermentation in yeast Saccharomyces cerevisiae. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (20) DOI: 10.1073/pnas.2310771121
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240506151554.htm
.jpg)
