Когда сосновые жуки вторглись в леса Северной Америки, они вывели из равновесия деликатную экосистему. Раковые клетки тоже ведут себя как вредные инвазивные виды. Фото пользователя Flickr Kneale Quayle
Иногда, думать о старой проблеме с новой точки зрения - это просто то, что нужно, чтобы найти этот момент для эврики.
Рак, одно из самых известных медицинских заболеваний, интенсивно изучался в современную эпоху современной медицины. Но все большее число исследователей считают, что привнесение нового, нестандартного подхода к пониманию болезни может привести к некоторым новым идеям и, возможно, решениям. И предмет, который, как они надеются, может послужить окном в изучение рака, может вас удивить: экология.
На первый взгляд, онкология и экология кажутся совершенно разными. Начнем с того, что одна локализуется в определенных клетках тела, а другая по определению охватывает весь земной шар. Но вместо того, чтобы обозначать рак как группу мутированных клеток, как мы думаем, мы должны рассматривать рак как нарушение баланса сложной микросреды в организме человека. Как вредный инвазивный жук, едящий свой путь через леса в Колорадо, новое заболевание, разразившееся среди популяций диких птиц, или лесорубы, косящие части тропических лесов Амазонки, рак бросает гаечный ключ в спокойную, сбалансированную систему.
Благодаря такому мышлению рак кажется еще более сложным, чем он есть, но он может дать понимание, которое в конечном итоге сделает рак более поддающимся лечению, предлагают исследователи из Онкологического центра Моффета в статье, опубликованной в журнале Interface Focus .
«Известно, что Эйнштейн говорил, что все должно быть сделано как можно проще, но не проще», - пишут они. «Оказывается, что сложность имеет свое место, и, как это было бы удобно для раковых биологов, изучать опухолевые клетки изолированно, что имеет такой же смысл, как и попытка понять лягушек, не считая, что они, как правило, живут возле болот и питаются насекомыми «.
Авторы продолжают, мы склонны думать о раке только с точки зрения мутированных клеток. Но принятие этого узкого подхода похоже на попытку понять, почему у лягушки липкий язык, не принимая во внимание, что лягушки используют свои языки для ловли насекомых. Раковые клетки также нуждаются в контексте. Например, прожорливая раковая клетка может случайно оказаться рядом с кровеносным сосудом, но она может получать больше питательных веществ и кислорода, чтобы поддерживать ее неограниченное деление.
Раковые клетки должны конкурировать в организме за питательные вещества и другие ресурсы, так же, как животные, живущие в окружающей среде, должны конкурировать друг с другом, чтобы выжить. Это означает, что рак, как и любой организм, должен адаптироваться к окружающей среде, чтобы процветать. Исследователи объясняют:
В настоящее время все более широко признается, что рак - это не просто генетическое заболевание, а та, в которой эволюция играет решающую роль. Это означает, что опухолевые клетки развиваются, адаптируются и изменяют среду, в которой они живут. Те, кто этого не сделают, в конечном итоге вымрут. Те, которые это сделают, будут иметь шанс вторгнуться и метастазировать. Способность опухолевой клетки адаптироваться к новой среде, таким образом, будет определяться средой и видами клеток из исходного участка, к которому она уже кропотливо адаптировалась.
Так как же применить всю эту теорию в реальной жизни? Экологический подход к пониманию рака настолько сложен, что исключает возможность проведения обычных экспериментов; они могут легко ошибиться с таким количеством различных компонентов. Вместо этого исследователи предлагают обратиться к математике и вычислительной технике для понимания более широкого контекста окружающей среды, который приводит к раку. Экологи используют один такой математический подход, теорию игр, как способ изучения эволюционной биологии и взаимодействия животных:
Сила естественного отбора позволяет жителям экосистемы сосредоточиться на оптимизации итогов: долгосрочное воспроизводство. В играх, изучаемых теоретиками эволюционных игр, люди соревнуются за доступные ресурсы, используя различные стратегии. Эти особенности и поведение, известные как фенотипическая стратегия, определяют победителей и проигравших в эволюции.
Поведенческие стратегии могут меняться в зависимости как от природы животного, так и от ситуации. Вот гипотетический пример, основанный на мышлении теории игр: если две гиены врываются в большую, вкусную тушу антилопы гну, они с радостью поделятся этим ресурсом. Но если два льва найдут ту же самую тушу, они будут бороться за исключительные права на ее употребление, что означает, что один лев выходит победителем и получает все мясные трофеи, в то время как другой не получает еды - плюс получает травму. Наконец, если лев встречает гиену на туше, гиена сбежит, сдавая свои товары более сильному льву. Другими словами, игроки теории игр могут реагировать одним из трех способов в зависимости от того, кем они являются и что происходит: они могут делиться, сражаться или проигрывать.
Подобно полосам сплошных джунглей или инвазивным видам, медленно распространяющимся и оставляющим за собой след повреждения, опухоли, подобные вышеописанным, воздействуют на ткани окружающей среды и воздействуют на них. Фото пользователя Flickr Эд Утман
В подобные игры можно играть с опухолевыми клетками. «Хорошим примером может служить опухоль с клетками, которые удаляются, когда сталкиваются со скудными ресурсами (подвижными), и клетками, которые остаются для их использования (пролиферативными)», - пишут авторы. Однако, чтобы сделать вещи еще более сложными, опухолевые клетки, как известно, изменяют свое поведение, поскольку они пролиферируют и метастазируют по всему телу, что означает, что они могут перейти от гиены к льву.
Они продолжают то, что теория игр на уровне экосистем показывает нам одну важную вещь: неразборчивое сосредоточение внимания на убийстве как можно большего количества опухолевых клеток может не дать наилучшего результата для пациента. Согласно моделям теории игр, возможный долгосрочный результат игры зависит от конкретных взаимодействий между игроками, а не от количества вовлеченных игроков. Львы будут продолжать сражаться друг с другом за еду, независимо от того, встречаются ли два льва или 2000 львов. «Лечение, основанное исключительно на неизбирательном удалении большинства (но не всех) раковых клеток, может иметь только временный эффект; так как в большинстве случаев исходное количество опухолевых клеток в конечном итоге будет восстановлено и превышено », - пишут авторы.
Вместо этого, теория игр указывает, что более эффективная альтернатива будет основана на попытке изменить способы взаимодействия клеток друг с другом и с окружающей средой. Авторы объясняют, что это может повлиять на поведение, силу и репродуктивный успех клеток, что может привести к развитию опухоли в сторону менее агрессивных типов клеток или к более стабильному сосуществованию с незлокачественными клетками.
«Экосистемный взгляд, в конечном счете, является целостным, который рассматривает прогрессирование рака как процесс, возникающий в результате взаимодействия между несколькими клеточными видами и взаимодействия с микроокружением опухоли», пишут авторы. «Экосистемная перспектива представляет для нас интригующие последствия», - говорят они, а также множество вопросов о том, как далеко можно провести аналогию между экосистемами и раком.
Например, если раковые клетки распространяются как инвазивные виды через экосистему, какой эволюционный эффект достигается, когда закрытая экосистема (тело) непоправимо повреждена (в результате смерти человека), так что болезнь также умирает? В отличие от вируса, который может убить своего хозяина, но при этом распространиться на других хозяев, сами раковые клетки, по большей части, не имеют средств распространения от человека к человеку. И получают ли раковые клетки свои сигналы от процессов, вызванных конкуренцией или сотрудничеством? Думая более проактивно, можно ли запускать незлокачественные клетки так, чтобы они вели себя как львы и захватывали ресурсы раковых клеток, пока рак не поддается лечению?
Хотя экология и математика, скорее всего, сами по себе не победят рак, рассмотрение заболевания с этой точки зрения может позволить врачам лучше предсказать, где в организме опухолевые клетки имеют наилучшие и худшие шансы на выживание и как наиболее эффективно предотвратить их размножение.
«Суть в том, что экологический взгляд на опухоли не делает недействительным, а дополняет и основывается на десятилетиях исследований рака, и, несомненно, это приведет к лучшему пониманию биологии рака и к новым и улучшенным методам лечения», - заключают исследователи., «Нам нужно правильно понять деревья (например, каждый лист, веточку и ветку), прежде чем мы сможем понять лес, но мы не можем позволить себе игнорировать лес, потому что деревья сами по себе очень интересны».
