A hagyományos molekuláris vizsgálatok során jellemzően az egész szövetmintát elemzik egyben. Ez olyan, mintha egy egész város átlagát nézné valaki, és közben nem venné észre, hogy néhány utcában egészen más zajlik.

Pedig a tumor legveszélyesebb részei éppen ebben az átlagban tűnnek el. A daganaton belül élhetnek sejtcsoportok, amelyek gyorsabban osztódnak, másképp táplálkoznak, kicsúsznak az immunrendszer figyelme alól – vagy éppen elindulnak, és megtelepednek a tüdőben, az agyban.

Egy daganat, több különböző ellenfél

Az új megközelítés célja, hogy a kutatók ne csak azt lássák, hogyan néz ki egy daganat, hanem azt is, hogyan működnek benne a különböző sejtcsoportok. Így a tumor belső térképe nemcsak láthatóvá, hanem molekulárisan is olvashatóvá válik.

Ezen dolgozik a HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpontban működő Lendület Mikroszkópos Képelemzés és Gépi Tanulás Kutatócsoport, amelyet Horváth Péter vezet – ő májusban lett a Tudományos és Technológiai Minisztérium tudománypolitikai és innovációs államtitkára.

A csoport mesterséges intelligencián alapuló módszereket fejleszt, amelyek a mikroszkópos szövettani képeket molekuláris információkkal kapcsolják össze.

A napokban két meghatározó közleményük jelent meg a nemzetközi szakirodalomban, például a neves Nature-ben. A kutatócsoport korábbi eredményeiről az Index is beszámolt, akkor a sejteken belüli rendellenes fehérjeváltozások felismerése volt a téma.

A lézer nem téveszt, és nem is fárad el

A megközelítés alapja a Deep Visual Proteomics, röviden DVP nevű technika. Ebben a mesterséges intelligencia először a szövettani képet elemzi, felismeri benne a fontos sejttípusokat vagy sejtcsoportokat, majd ezeket egy lézernyalábbal célzottan kiemelik a mintából.

A kivágott sejteket ezután proteomikai elemzésnek vetik alá – ez a bennük lévő fehérjék feltérképezését jelenti. A fehérjék azért kulcsfontosságúak, mert közvetlenül elárulják, hogyan működik, növekszik, alkalmazkodik vagy éppen hogyan válik ellenállóvá egy-egy daganatsejt.

A munka technológiai hátterét a szegedi kutatócsoport által létrehozott, automatizált egysejtes kutatási központ adja. Ez a rendszer a kutatók szerint világszinten is egyedülálló: a mesterséges intelligencia által kijelölt sejteket nagy pontossággal, emberi beavatkozás nélkül, akár a nap huszonnégy órájában izolálja egy robotlézer.

A fejlesztés nem magányos szegedi vállalkozás. Az együttműködés egyik meghatározó szereplője Holger Moch, a Zürichi Egyetemi Kórház világszerte elismert molekuláris patológusa, a másik Markó-Varga György, a svédországi Lundi Egyetem kutatóprofesszora.

Közösen olyan digitális patológiai és térbeli genomikai technológiákat építenek, amelyek a sejtekben működő génekről és fehérjékről adnak felvilágosítást.

A legnevesebb szaklap foglalkozik a szegedi rákkutatással

Az egyik most közzétett tanulmányban a kutatócsoport egysejt-szinten vizsgálta a tumorklónok genetikai és fehérjeállományát – vagyis feltérképezte, miben különböznek biológiailag a daganaton belül felfedezett, eltérő kinézetű sejtcsoportok.

Elsősorban azokra a sejtekre koncentráltak, amelyekről már a mikroszkópos értékelés is azt sugallta, hogy veszélyesebbek lehetnek a szomszédaiknál. Ezeket aztán a korábbinál jóval alaposabban vizsgálták meg: nemcsak a fehérjéket nézték, hanem azt is, mely gének aktívak bennük. A két elemzés így egymás mellett mutatta meg, hogy mi van bekapcsolva a sejtben, és hogy ebből mi valósul meg.

Ez azért lényeges, mert egy daganatsejt agresszivitását nem egyetlen tényező magyarázza, hanem a génaktivitás, a fehérjék működése, az anyagcsere és az immunrendszerrel való kapcsolat együtt.

A másik vizsgálat egy fiatal, kiújult, áttétes melanomában – rosszindulatú festéksejtes bőrdaganatban – szenvedő beteg esetét dolgozta fel. A beteg eredeti tumorából, valamint a későbbi tüdő- és agyi áttétekből származó mintákat elemezték AI-alapú digitális patológiával és térbeli felbontású proteomikával.

A mesterséges intelligencia az eredeti melanomában két eltérő tumorsejtcsoportot talált. A későbbi áttétek sejtjei főként az egyik korai csoporthoz hasonlítottak – és ezt a fehérjeelemzés is megerősítette: ennek a sejtcsoportnak a molekuláris mintázata állt a legközelebb az áttétekéhez. Vagyis a betegség terjedésének nyomai már az első daganatban ott lehettek.

„A bemutatott eset kapcsán nem egyszerűen azt láttuk, hogy a melanomás daganat különböző részei másképp néznek ki. A módszerrel azt is meg tudtuk mutatni, hogy ezek a különbségek fehérjeszinten is megjelennek. Ez közelebb vihet annak megértéséhez, mely sejtcsoportok lehetnek felelősek az áttétek kialakulásáért” – magyarázta Migh Ede, a kutatás egyik résztvevője.

A tumor legveszélyesebb részeire céloznak

A két egymásra épülő munka ugyanazt üzeni: a daganatokat egyre kevésbé lehet egységes tömegként kezelni. Egy tumoron belül különböző sejtcsoportok élnek egymás mellett, és közülük néhány kitüntetett szerepet játszhat az áttétek kialakulásában, az agresszív növekedésben vagy a kezelésekkel szembeni ellenállásban.

A mesterséges intelligencia ebben a megközelítésben nem diagnosztizál önállóan – új felbontást ad.

Így láthatóvá válhat, hogy a tumor különböző részein milyen daganatsejtek, milyen mintázatban és arányban vannak jelen. A technológia egyébként a precíziós orvoslás más területein is gyorsan terjed.

Minél pontosabban látjuk, mely sejtek viszik előre a betegséget, annál közelebb kerülhetünk ahhoz, hogy ne csak általánosságban kezeljük a tumort, hanem annak legveszélyesebb részeire próbáljunk célzottan hatni a megfelelő gyógyszerekkel vagy gyógyszer-kombinációkkal

– mutatott rá Horváth Péter államtitkár a kutatás gyakorlati jelentőségére.

Ahhoz még idő kell, hogy ezek az eredmények beépüljenek a klinikai gyakorlatba, és minden daganatos beteg ellátásában megjelenjenek. De az irány adott: pontosabban feltérképezni egy-egy daganat biológiai viselkedését, előre jelezni a legkritikusabb kockázatokat, és személyre szabottabb terápiás döntéseket hozni.

Az onkológiában amúgy is felgyorsultak az események. Az idei ASCO-konferencián bemutatott rákellenes injekció mellett magyar fejlesztésű daganatellenes vegyület is szerepelt a nemzetközi hírekben az elmúlt hónapokban.

(Borítókép: Ede és András. Fotó: Szalamia Lóránt / Tudományos és Technológiai Minisztérium (TTM))