Рак на стыке наук

Сотрудники Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) создали адекватную физико-математическую модель злокачественной раковой опухоли, с помощью которой можно прогнозировать как развитие опухоли, так и ее реакцию на терапевтические воздействия. Подробнее об этой работе «Газете.Ru» рассказал один из ее авторов, кандидат физико-математических наук Андрей Колобов.

– Когда в ФИАНе началась работа по моделированию раковой опухоли?
– Сектор биофизики появился в отделе теоретической физики в 70-х годах под руководством Дмитрия Сергеевича Чернавского благодаря интересу Виталия Лазаревича Гинзбурга. Начальные работы касались популяции клеток, нормальных или раковых. Постепенно эта работа подходит к решению более сложных задач.

– Каких именно?
– Основная цель – создать модель, которую

можно использовать для индивидуального прогноза развития опухоли у человека.

С одной стороны, эта модель должна быть достаточно сложной. Это нужно, чтобы описывать ряд проблем, которые возникают при росте опухоли in vivo, то есть внутри живого организма. Но при этом модель должна быть такой, чтобы с помощью простых тестов можно было определять параметры модели для конкретного человека, персонализировать модель и прогноз этой модели.

– Расскажите подробнее о том, как вы намерены решить поставленные перед вами задачи.
– Часто делается биопсия (метод исследования, при котором проводится забор клеток или тканей из организма и последующее их исследование – примечание «Газеты.Ru») для того чтобы определить, является ли опухоль злокачественной или нет. Мы старались разработать такую модель, чтобы на основе взятого материала и экспериментов можно было определить параметры опухоли и сделать прогноз для конкретного человека.

Чтобы эту идею реализовать, нужны тесные контакты с медиками, пока у нас развиваются только сами подходы к этой задаче.

Есть со́лидные типы опухоли, а есть высокоинвазивные (например глиома, опухоль головного мозга). Они отличаются сильно по структуре: первая – плотная, а вторая представляет своего рода «кашу». Мы создаем параллели как для одного, так и для другого типа опухолей. Доктор физико-математических наук Андрей Александрович Полежаев в середине 90-х годов разработал общий подход, который позволяет правильно описывать и ту, и другую опухоль. Сложность состоит в том, что опухоль растет не в пустом пространстве, и Полежаев сделал большой шаг, в результате которого он смог описывать опухоль в реальной ткани. При этом модель получается достаточно тяжелая. Сейчас мы сделали упрощение для одного и другого случая и получили две параллельные модели – одна для со́лидных, другая для высокоинвазивных опухолей. Они имеют общую природу, и потому мы можем вернуться к более общей модели.

При лечении рака в современной медицине есть классическая противоопухолевая терапия, химио- или радиотерапия. Проблема состоит в том, что при таком методе лечения убивается достаточно большое количество нормальных клеток и организм получает тяжелую травму.

Нельзя постоянно убивать клетки, организм не выдержит; но, когда терапия прекращается, выжившие опухолевые клетки начинают активно делиться – и все начинается заново.

В 1971 году Фолкман впервые предложил идею, которая получила название антиангиогенная терапия. Ангиогенез происходит, когда опухоль большая и у нее возникают проблемы с питанием. Тогда кровеносные сосуды прорастают в опухоль, чтобы улучшить приток питательных веществ, и опухоль растет еще быстрее. Антиангиогенная терапия заключается в препятствовании прорастанию сосудов, в результате чего пищи будет не хватать – и рост опухоли замедлится. Соответственно, есть идея, что если опухоль полностью отрезать от основных метаболитов (кислорода, глюкозы), то она погибнет. Это новое направление, которое активно обсуждается уже несколько лет. Мы попытались применить к нему нашу модель. Мы пытаемся проверить, не приведет ли антиангиогенная терапия к трансформации со́лидной опухоли в высокоинвазивную, что существенно изменит ее свойства и может повысить летальность. Потому что, за исключением некоторых тяжелых локализаций опухолей, например в мозге, человек погибает не от первичной опухоли, а от метастазов, то есть вторичных очагов. Клетки попадают в кровь, разносятся по организму, и вместо одного большого очага опухоли появляются много мелких. Нам надо понять, грубо говоря, не приведет ли антиангиогенная терапия к увеличению метастатической активности. Мы надеемся, что удастся наладить тесный контакт с медиками. Мы сейчас пытаемся понять, перспективно ли это направление, или данный метод лечения – это «пустышка», да еще и вредная. Хотелось бы, чтобы модель кроме общих выводов могла дать метод лечения людей, хотя это не самая ближняя перспектива. Это требует большой экспериментальной работы, а у нас пока работа только теоретическая.

– Почему в данной работе у вас не очень тесный контакт с медиками?

– Тут есть несколько моментов. Медицинская среда достаточно консервативна, поскольку медик несет персональную ответственность за жизнь своего пациента. Поэтому многие новинки воспринимаются очень аккуратно. Это хорошо для пациента, но плохо для нас. Кроме того, исследования, которые находятся на стыке наук, всегда тяжело финансируются. С точки зрения физики наша деятельность находится «на отшибе», с точки зрения медицины вообще могут назвать это «шарлатанством», в лучшем случае, слишком большим упрощением.

Нужны гранты на междисциплинарные исследования, потому что на стыке наук возникает много новых и хороших открытий.

Многие Нобелевские лауреаты по медицине – это физики, которые разработали хорошие экспериментальные установки для медико-биологических целей. Тяжело получить хорошее финансирование под междисциплинарный грант, а в такой работе затраты большие, потому что медико-физиологические эксперименты – это дорогое удовольствие.
И самое главное, нужны заинтересованные медики.

– Где можно подробнее ознакомиться с вашими работами?
– У нашей группы в 2002 году была большая статья в Journal of Theoretical Medicine, в которой мы объяснили феномен клонального доминирования метастически активной опухоли. Затем публиковались в отечественных журналах «Биофизика» и «Математическое моделирование». Сейчас наша деятельность продолжается, впереди должны быть новые работы.

– Где еще в мире занимаются подобными исследованиями?
– Например, в Англии есть большая группа, в которой работают несколько видных ученых: Хелен Берн, Марк Чеплейн, еще несколько ученых… В Италии есть большая группа Винченцо Капассо. В Германии есть группа Андреаса Дойча, существует европейская программа по моделированию рака… Но мне наиболее известны хорошие результаты, полученные в Англии, Италии и конечно в США, где проводится много междисциплинарных исследований. Но в Америке эти исследования менее глубокие с точки зрения теории, хотя там работа ведется в очень тесном взаимодействии физиков, медиков и математиков. Хочется верить, что и наши исследования позволят добиться прогресса в понимании, а возможно, и лечении злокачественных опухолей.