Благодаря распределенным вычислениям совершен научный прорыв в лечении детского рака из песочницы

О распределенных вычислениях

Для меня было странным обнаружить, что на Гиктаймс и Хабре почти не пишут о такой IT-сфере, как распределенные научные вычисления (Volunteer computing, разновидность HTC — High-throughput computing). Казалось бы, «идеальное» хобби для IT-гика (сочетающее в себе реальную пользу, интересное занятие и благотворительность одновременно). Например, я лично ими плотно увлекаюсь последние 5 лет (а впервые поучаствовал около 12 лет назад). Но даже хаба соответствующего не нашел (может плохо искал?).

Я попытаюсь закрыть этот пробел. Начну с перевода одной из статей, в которой описывается, на мой взгляд, одно из самых серьезных/значимых достижений практического (а не чисто теоретически фундаментального) плана от медицинских РВ проектов. На отсутствие которых многие жалуются и теряют интерес к РВ в целом. Вероятно, это одна из основных причин малой популярности РВ на «Гиктаймс» (возможно, многие в свое время поискав «зеленых человечков» в SETI@Home разочаровались в идее в целом как не несущей какой либо пользы?).

Итак, конкретно порадовал проект Help Fight Childhood Cancer (дословно: помогите в борьбе с детским раком), входящий в РВ инициативу IBM World Community Grid: благодаря собранным «с миру по нитке» (CrowdComputing?) вычислительным мощностям, сделан научный прорыв в лечении рака (конкретно одной из его разновидностей, распространенной у детей — нейробластомы). Далее передаю слово доктору Акира Накагавара (доктор медицинских наук, президент Онкологического Центра г. Чиба). В скобках (прим:) — примечания переводчика, т.е. мои.

Новая надежда в борьбе против детского рака

В настоящее время благодаря успехам современной медицины порядка 80% детей с диагнозом «рак» успешно излечиваются. Но прогноз далеко не столь хорош, когда речь заходит о нейробластоме — наиболее часто встречающемся виде рака в младенческом возрасте.

Нейробластома — это опухоль периферической нервной ткани, которая часто начинает развиваться в надпочечных железах и симпатической нервной системе шеи, груди или живота. Данное заболевание весьма распространено. По данным наблюдений, в США и Японии 1 случай на 8000 детей.

Более половины выявляемых случаев этого заболевания относятся к высоко рисковой группе, в которой добиться выздоровления удается только для 30% детей. И эти показатели практически не улучшались за последние 20 лет. Так что срочно требуется разработка новых лекарств/методов лечения для этого опасного заболевания.

Наша научная команда в Онкологическом Центре г. Чиба (Япония) работала над разработкой новых лекарств для лечения нейробластомы. С помощью волонтеров, участвующих в проекте распределенных вычислений World Community Grid, мы открыли 7 перспективных кандидатов на применение в качестве новых лекарственных средств, которые потенциально можно использовать в новых методах лечения детского рака — нейробластомы. Эти лекарства-кандидаты работают по принципу выборочной активации природного механизма «самоуничтожения» только в раковых клетках нейробластомы, убивая их не затрагивая при этом обычные здоровые клетки.

Клетки нейробластомы имеют на своей поверхности рецептор, обозначаемый TrkB. Когда молекула (прим: только правильной 3d-конфигурации) присоединяется к этому рецептору и этим блокирует его работу, естественный ген, подавляющий рост опухолей p53, активизируется внутри клетки, вызывая саморазрушение клеток нейробластомы изнутри в процессе, называющимся «апоптозом». Апоптоз — это один из естественных процессов, протекающих в организме, одна из основных целей которого как раз состоит в уничтожении (саморазрушении) поврежденных или мутировавших клеток, прежде чем они сформируют опухоль. Однако работа рецептора TrkB в клетках нейробластомы подавляет (блокирует) эту естественную защитную функцию организма. Аналогичные процессы с участием TrkB происходят во многих «взрослых» видах рака, включая рак груди, легких, поджелудочной железы, простаты и кишечника, когда они переходят на стадию метастазирования (т.е. начинают распространяться по организму за пределы изначального места образования опухоли). Это означает, что эти последние открытия, вероятно, пригодятся так же и в лечении «взрослых» видов рака для борьбы с метастазами.

Наша стратегия состояла в поиске малых молекул (прим: так обычно называют относительно простые химические соединения, чтобы отличать их от наиболее сложных биологических молекул, таких как ферменты, гормоны и другие белки), которые связывались и подавляли функционирование TrkB рецепторов на раковых клетках. Счет известным химическим соединениям, которые потенциально можно использовать в медицине, сейчас идет на миллионы, поэтому синтезировать их все подряд и проверять на практике в лаборатории невозможно. Вместо этого в партнерстве с World Community Grid мы запустили проект под названием Help Fight Childhood Cancer, в котором для проведения такого поиска использовалось широкомасштабное компьютерное моделирование. В общей сложности в работе проекта приняло участие более 200 000 человек, безвозмездно предоставлявших вычислительные мощности своих компьютеров для проведения необходимых расчетов. С помощью этой огромной вычислительной мощности мы провели скрининг 3 миллионов химических соединений всего за 2 года — что на одиночном компьютере заняло бы порядка 55 000 лет непрерывной работы (прим: речь идет о суммарном чистом процессорном времени моделирования), и позволило выявить 7 веществ-кандидатов в лекарства для более подробного изучения.

После дополнительного лабораторного тестирования мы обнаружили (прим: результат уже подтвердили на практических экспериментах!), что эти 7 кандидатов очень эффективны в уничтожении опухолей нейробластомы на подопытных мышах — даже в очень малых дозировках и без серьезных побочных эффектов. Данные результаты были опубликованы в рецензируемом научном журнале «Cancer Medicine» в январе 2014 г.

На основании этих очень обнадеживающих исследований в данный момент мы ищем партнера среди фармацевтических компаний для дальнейшей совместной работы по тестированию и сертификации в качестве лекарственного средства.

Этот прорыв в исследованиях стал возможен благодаря поддержки тысяч волонтеров со всех уголков мира, предоставлявших вычислительные мощности через проект распределенных вычислений World Community Grid. От лица нашей исследовательской команды я хотел бы поблагодарить от самого сердца всех волонтеров World Community Grid принимавших участие.

Акира Накагавара (доктор медицинских наук, президент Онкологического Центра г. Чиба, Япония)

Конец перевода.

Оригинал пресс-релиза, с которого делался перевод, доступен по ссылке: New hope in the fight against childhood cancer
Желающие более детально ознакомиться с исследованием могут воспользоваться ссылкой на полную научную статью опубликованную в журнале Cancer Medicine: Identification of novel candidate compounds targeting TrkB to induce apoptosis in neuroblastoma

Ссылки по теме

ru.wikipedia.org/wiki/Нейробластома (подробнее в англ en.wikipedia.org/wiki/Neuroblastoma)
ru.wikipedia.org/wiki/P53
ru.wikipedia.org/wiki/Апоптоз
en.wikipedia.org/wiki/Tropomyosin_receptor_kinase_B (целевой рецептор — в статье TrkB)

Заключение

Несмотря на то, что описанные результаты были получены около года назад, до готового лекарства в продаже еще далеко. На Западе путь от научного результата, подтверждающего эффект, до лекарства в свободной продаже, занимает от 2-3 лет в лучшем случае, и до 5-7 лет в сложных. А в случае с результатами открытых РВ вычислений — это дополнительно осложняется слабым интересом/мотивировкой фармацевтических компаний. Из-за того что исследование было некоммерческое (лаборатория работает на правительственный гранты, РВ сеть — добровольные пожертвования волонтеров), такое лекарство нельзя запатентовать и «снять сливки». Точнее лекарство (бренд) запатентовать можно, но вот основное действующее вещество и схему его применения — нет. Так что любая другая компания сможет выпускать дешевые аналоги (под своими названиями и брендами), не неся при этом больших первоначальных затрат на выведении нового лекарства на рынок как первая.