В конце 1950-х дантист и капитан ВМС США Кирк С. Хорман, тогда еще молодой человек в возрасте 30 лет, попытался ответить на смелый вопрос: может ли слюна больных раком простаты отличаться от слюны здоровых людей? Может ли он содержать следы болезни, которая так далеко ото рта?
Не тратя больше собственной слюны на подробное обсуждение, Хорман и его коллеги из отдела стоматологических исследований Военно-морского учебного центра в Грейт-Лейкс, штат Иллинойс, приступили к работе. Они проанализировали образцы более чем 200 пациентов и здоровых людей и обнаружили, что слюна пациентов с нелеченым раком простаты показала значительное повышение уровня ферментов, называемых кислыми фосфатазами.
Написание в 1959 году в журнале Рак, затем исследователи сделали прозорливое размышление: может быть полезно наблюдать дискретные биохимические изменения в тканях, удаленных от места возникновения опухоли.
Спустя более 60 лет идея о том, что анализ слюны можно использовать для выявления различных видов рака, набирает обороты в научном сообществе. В специализированной литературе число статей, содержащих ключевые слова «диагноз», «рак» и «слюна», за последние два десятилетия увеличилось более чем в десять раз: с 26 в 2001 г. до 117 в 2011 г., 183 в 2016 г. и 319 в 2021 г., по данным База данных PubMed, поисковая система для статей о биомедицинских исследованиях.
Привлекательность такого подхода очевидна. Хотя рак можно диагностировать с помощью биопсии ткани, для этого требуется, чтобы обученные врачи владели длинными иглами, скальпелями, эндоскопами или другими инструментами, чтобы проникать в тело и брать образцы. Жидкая биопсия, которая ищет следы компонентов опухоли в таких жидкостях, как кровь, моча, спинномозговая жидкость, сперма или слюна, является менее инвазивной альтернативой. Из них самым простым образцом для сбора, несомненно, является слюна.
Также читайте | Индия столкнется с «цунами» хронических заболеваний, таких как рак, — онколог из США
Этот подход уже окупился: в 2021 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США присвоило инновационное обозначение прибору для преддиагностики рака полости рта и горла на основе слюны, разработанному американской компанией Viome. (Такие обозначения присваиваются новым медицинским устройствам, которые могут обеспечить более эффективное лечение или диагностику опасных для жизни заболеваний.) На основе искусственного интеллекта и машинного обучения инструмент анализирует образец слюны на активность генов (в частности, информационная РНК), принадлежащая к бактериальному сообществу, обитающему во рту. По неизвестным причинам это сообщество модифицируется, когда опухоль развивается на губах, языке, горле или окружающих областях.
«В течение десятилетий слюна считалась пасынком крови, — говорит химик Чаминди Пуньядира, десять лет работавшая над диагностическим тестом слюны Виоме. В настоящее время она работает в Университете Гриффита в Австралии и является ведущим автором исследования 2021 года, описывающего разработку теста в Геномная медицина NPJ. Но этот взгляд на слюну как на запоздалую мысль может начать меняться в ближайшие годы по мере развития методов ее анализа и лучшего понимания того, какую информацию она может содержать. «Поскольку слюну можно собирать неинвазивно, уполномоченный пациент может взять несколько образцов и стать распорядителем своих собственных диагностических тестов», — прогнозирует Пуньядира.
Сокровище, содержащееся в слюне
Каждый день слюнные железы среднего взрослого человека производят от 500 до 1500 миллилитров слюны, чтобы помочь пищеварению и сохранить здоровье полости рта. Было обнаружено, что в дополнение к ферментам, гормонам, антителам, медиаторам воспаления, остаткам пищи и микроорганизмам слюна содержит следы ДНК и РНК или белков опухолей.
«Цель диагностики по слюне — разработать быстрое, неинвазивное выявление заболеваний полости рта и системных заболеваний», — пишут ученые-стоматологи Тайчиро Нонака из Университета штата Луизиана и Дэвид Т. Вонг из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в статье о диагностике по слюне, опубликованной в журнале 2022 Ежегодный обзор аналитической химии. Область быстро развивается благодаря прогрессу «омических наук», которые анализируют большие коллекции молекул, участвующих в функционировании организма, таких как геномика (геномы), протеомика (белки) или метаболомика (метаболиты), а также методы для анализ больших объемов данных. Например, протеом слюны — исчерпывающий каталог белков, присутствующих в этой жидкости, — уже доступен, и известно, что от 20 до 30 % протеома слюны перекрывается с протеомом крови.
Но «изучение диагностики по слюне — относительно новая область», — говорит Нонака. Только в последнее десятилетие, говорит он, стало известно, что слюнные железы — околоушные, поднижнечелюстные и подъязычные, а также другие мелкие железы, расположенные в непосредственной близости от кровеносных сосудов, — передают молекулярную информацию.
Сегодня в слюне — а также в крови — ученые начинают искать и обнаруживать циркулирующую опухолевую ДНК (цДНК), то есть ДНК, выделяемую раковыми клетками, когда опухоль присутствует в организме. Многочисленные исследования выявили биомаркеры, такие как белки, которые продуцируются в больших количествах в раковых клетках, или генетические изменения, происходящие в опухолевых клетках, которые можно использовать для выявления опухолей головы и шеи, молочной железы, пищевода, легких, поджелудочной железы и яичников. а также для мониторинга реакции пациента на терапию.
Например, в 2015 году китайские исследователи опубликовали, что идентификация двух фрагментов нити РНК (микроРНК) в слюне позволила выявить злокачественный рак поджелудочной железы у 7 из 10 пациентов с этим заболеванием. Более поздний обзор 14 исследований с участием более 8000 человек показал, что пациенты с раком молочной железы в 2,58 раза чаще имеют определенные биомаркеры, обнаруживаемые в слюне, хотя 39% отрицательных результатов тестов были у пациентов, у которых действительно был рак молочной железы. Исследования в этой области многообещающие, но потребуются дальнейшие проспективные исследования для определения их клинической применимости, говорит Нонака.
смотреть | Сиддхартха Мукерджи и песня Т-клетки
«Большое преимущество жидкостной биопсии заключается в том, что с ее помощью можно выявить до 50 видов рака на ранних стадиях одновременно, когда они поддаются хирургическому лечению или являются кандидатами на краткосрочное целенаправленное лечение», — говорит биолог Марина Симиан, исследователь из Аргентинского Национальный совет по научно-техническим исследованиям при Институте наносистем Национального университета Сан-Мартин в Буэнос-Айресе. Симиан также является соучредителем компании Oncoliq, целью которой является раннее выявление опухолей молочной железы, предстательной железы и других опухолей по образцу крови.
«С сегодняшними инструментами очень немногие органы проверяются на наличие рака, — говорит Симиан. Общие скрининги включают скрининг предстательной железы, молочной железы, шейки матки, толстой кишки после 50 лет и легких для тех, кто много курил. А в мире, говорит она, только половина таких людей проходят эти тесты, а во многих странах и 10% нет. Надежда состоит в том, чтобы добавить еще много тестов, которые можно сделать на одном образце крови или слюны.
Не исключено, что в будущем нормой станет тестирование как крови, так и слюны. Хотя впереди еще долгий путь, Нонака считает, что, за исключением рака ротовой полости, тестирование слюны, скорее всего, должно быть дополнено биопсией жидкости в крови или моче, а также другими параметрами для повышения чувствительности и практической полезности.
В погоне за экзосомами
Одним из особенно многообещающих компонентов слюны является экзосома. Экзосомы представляют собой крошечные пузырьки, покрытые липидами, которые присутствуют почти во всех типах жидкостей организма. Они являются переносчиками или посыльными, которые путешествуют от одной клетки к другой — даже к тем, которые находятся в очень отдаленных органах. Они несут груз генетического материала и белков, который поглощается клеткой-реципиентом в органе и играет важную роль в передаче сигналов от клетки к клетке. Но экзосомы также играют важную роль в развитии рака. «Они являются ключевыми игроками, — говорит Пуньядира. Высвобожденные раковыми клетками, они попадают в кровь и оттуда могут достигать слюнных желез. Таким образом, экзосомы попадают в слюну, из которой их можно собрать.
Экзосомы из опухолевых клеток имеют специфический состав и подозреваются в содействии распространению рака на другие органы или ткани. Но с диагностической точки зрения одно из их главных преимуществ заключается в том, что они упаковывают и защищают груз, то есть не смешиваются с другими компонентами слюны. Таким образом, они предоставляют «более стабильную и точную клинически значимую информацию для выявления заболеваний», — объясняет Нонака.
Например, для плоскоклеточного рака пищевода ученые обнаружили две сигнатуры или сигнала в экзосомах слюны, которые позволяют выявлять это заболевание с чувствительностью и специфичностью более 90%, а также дают рекомендации по прогнозу и лечению, как сообщалось в январе. 2022 г. в Молекулярный рак.
Такие факторы, как концентрация или внешний вид экзосом под микроскопом, также могут быть показательными. Например, у пациентов с раком ротовой полости экзосомы отличаются по форме и размеру от таковых у здоровых людей.
Однако доступные на сегодняшний день методы выделения и изучения содержания экзосом слюны дороги и трудоемки. В ответ на эту проблему появился новый метод, известный как высвобождение и измерение, индуцированное электрическим полем, или EFIRM; он объединяет электрохимические датчики и магнитные поля для элегантного захвата мельчайших количеств циркулирующей ДНК опухоли и других молекул — биомаркеров, — которые указывают на наличие рака. Этот метод уже показал обнадеживающие результаты в раннем выявлении немелкоклеточного рака легкого, а также может быть использован для оценки ответа на лечение.
Американская компания Liquid Diagnostic LLC, в которой Вонг имеет долю, уже предлагает эту технологию, назвав ее Amperial и обещая «самую высокую специфичность и чувствительность при раке на ранних стадиях» и «намного меньшую стоимость». Те, кто больше всего увлечен технологией, предлагают мир, в котором обычный визит к стоматологу спасает жизни и не нужно брать кровь, чтобы проверить, не болен ли кто-то. Но эксперты сходятся во мнении, что для того, чтобы эта мечта стала реальностью в больших масштабах, необходимы дополнительные исследования.
«Чтобы добиться перевода слюнных биомаркеров в клинику, необходимо, с одной стороны, разработать стандартизированные протоколы, а с другой — провести крупные многоцентровые исследования, в которых влияние различных смешанных переменных, таких как возраст, пол или образ жизни», — говорит стоматолог Оскар Рападо Гонсалес из Научно-исследовательского института здоровья Сантьяго-де-Компостела в Испании, где он исследует использование образцов слюны для выявления рака головы и шеи, а также колоректальных опухолей.
По словам Рападо Гонсалеса, идентификация в слюне или других жидкостях молекул, прямо или косвенно связанных с опухолями, имеет потенциал, помимо раннего обнаружения. Это может позволить оценить индивидуальный риск развития рака, предсказать, как будет развиваться опухоль, или отслеживать терапевтический ответ неинвазивным способом, что позволит разработать персонализированную медицину.
«Несомненно, — говорит Рападо Гонсалес, — дополнительные исследования в этой области будут способствовать прогрессу в области применения слюны в прецизионной онкологии в ближайшие годы».
Эта статья первоначально появилась в Известный журнал, независимое журналистское начинание от Annual Reviews. Подпишитесь на рассылку новостей.
