Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

Уже более века специалисты-патологи разглядывают в микроскопы тонкие, как лепестки, срезы опухолей. Даже сегодня стандартный способ диагностировать рак – это поместить ткань под линзу и посмотреть на клетки. Однако, в отличие от гонки за все более быстрыми и дешевыми методами секвенирования ДНК, охватывающими все большее количество раковых геномов, в изучении патологий такой динамики и близко нет. Лишь в последние несколько лет технологический прогресс позволил превращать получаемые изображения в подробные оцифрованные данные; именно их Юань хочет исследовать, подвергая анализу клетки и рассматривая мир опухоли in situ.

Она выводит на экран изображение с микроскопа высокого разрешения. Это срез опухоли легкого, полученный в рамках исследования TRACERx, которое вел Чарльз Свэнтон (см. гл. 6). Разноцветный пейзаж выглядит как спутниковое изображение тропического леса, отмеченное двумя пустотами в тех местах, где брались образцы для секвенирования ДНК и других видов молекулярного анализа. Я с восхищением наблюдаю, как изображение приближается и отдаляется, как будто мы исследуем мир с помощью Google Earth. Мы на мгновение притормаживаем над кровеносным сосудом, пробирающимся сквозь скопление раковых клеток, а затем зависаем над кластером иммунных клеток, притаившихся на краю опухоли. Детализация просто удивительная: на тонком срезе диаметром с монету в один пенни запечатлена целая панорама.

Я ловлю себя на мысли о том, насколько же далеко мы продвинулись с тех времен, когда биологи XIX столетия делали изящные карандашные зарисовки наблюдаемых в микроскоп злокачественных клеток. Теодор Бовери поразился бы, узнав о том, что современные исследователи патологий могут поместить 300 стеклянных слайдов, покрытых тонкими срезами ткани, в цифровой сканер на ночь и утром уже работать с жестким диском, наполненным изображениями высокого разрешения. Не менее удивило бы его и то, что утомительная каталогизация и подсчет клеток вручную более не требуются: тяжелую работу по идентификации и картированию всех особенностей этих биологических ландшафтов выполняют специально придуманные компьютерные алгоритмы.

Юань и ее команда пытаются выбраться из фундаментального затруднения, обусловленного доминирующим на сегодняшний день подходом к описанию рака. Примитивное составление гомогенной смеси и простое секвенирование опухоли мгновенно стирают всю информацию о пространственном расположении раковых клеток и их нормальных соседей. Желая избежать этого, исследовательница использует сочетание передовых методов визуализации и алгоритмов искусственного интеллекта, запуская над густыми джунглями что-то вроде дрона, фиксирующего организацию и разнообразие обитающих в них видов.

В современной стратегии «гомогенизировать и секвенировать» упускаются не только детали генетической мозаики. Ученые уделяют все большее внимание тем ролям, которые при раке играют иммунные клетки, будь то роль смертоносного хищника или провокатора воспаления. Однако, несмотря на наличие модных приборов для сортировки клеток, которые способны рассказывать о том, сколько иммунных клеток присутствует в измельченном образце опухоли, эти устройства не предоставляют информацию о том, где именно эти клетки пребывают и чем конкретно они занимаются.

Мы давно знаем о том, что чем больше иммунных клеток содержится в опухоли, тем больше вероятность того, что она отреагирует на лечение. Однако, как теперь выясняет Юань со своей командой, исключительно важно то, где конкретно сосредоточены эти клетки. Представьте, например, что вы просматриваете серию из пяти снимков леса, сделанных с воздуха, и пытаетесь определить местонахождение назойливых мышей и хищных ястребов. На четырех фотографиях много кружащих и охотящихся птиц – вредители здесь явно под контролем. Обобщая картины, представленные на этих снимках, можно подумать, что война с мышами уже выиграна. Однако последняя фотография говорит о другом: на ней перед зрителем предстает густой лесной массив, в котором очень сложно охотиться. Такие территории быстро наводняются маленькими пищащими тварями, которые, несомненно, будут просачиваться и в соседние районы в поисках новых жилищ.

Теперь представьте, что эти изображения – выполненные в высоком разрешении снимки ландшафта в пяти образцах, взятых из различных частей опухоли, где иммунные клетки – это ястребы, а раковые клетки – это мыши. Допустим, на одном снимке иммунные клетки занимают 10 % пространства, на двух – по 20 %, еще на одном – 40 % и на последнем лишь 5 %. Такие цифры обычно усредняют; итогом окажутся приблизительно 20 % иммунной инфильтрации – так это называется. Однако при этом игнорируется тот факт, что имеется всего одна «горячая» область, где иммунные клетки едва ли не кишат, и еще одна, где их практически нет. Вот эта «холодная» зона создает тихую гавань, свободную от хищников: раковые клетки здесь могут беспрепятственно воспроизводиться, а потом начать мигрировать по всему телу, вызывая образование вторичных опухолей в других местах.