Когато боровите бръмбари нахлули в северноамериканските гори, те изхвърлили деликатната екосистема от равновесие. Раковите клетки също се държат като увреждащи инвазивни видове. Снимка от потребителя на Flickr Kneale Quayle
Понякога мисленето за стар проблем от освежаващ нов ъгъл е просто нещото, което е необходимо, за да се намери този еврейски момент.
Ракът, една от най-известните медицински болести, е изучен интензивно в съвременната ера на съвременната медицина. Но все по-голям брой изследователи смятат, че въвеждането на нов, несъвместим подход за разбиране на болестта може да доведе до нови прозрения и може би до решения. И темата, на която се надяват, може да послужи като прозорец в изследването на рака, може да ви изненада: екология.
По номинална стойност онкологията и екологията изглеждат много различни. За начало едната е локализирана в специфични клетки в тялото, докато другата по дефиниция обхваща целия свят. Но вместо да маркираме рака като група мутирали клетки, според мисленето, трябва да разглеждаме рака като нарушение в баланса на сложна микросреда в човешкото тяло. Подобно на вредния инвазивен бръмбар, изяждащ пътя си през горите в Колорадо, нова болест, която се разраства сред популации от диви птици или дърводобива, косили части от тропическите гори на Амазонка, ракът хвърля маймунски гаечен ключ в иначе плакатна, балансирана система.
Този начин на мислене прави рака да изглежда дори по-сложен, отколкото вече е, но би могъл да даде прозрения, които в крайна сметка правят рака по-лечим, предлагат изследователи от Центъра за рак на Мофет в документ, публикуван в списанието Interface Focus .
„Айнщайн е казал, че всичко трябва да бъде направено възможно най-просто, но не и по-просто“, пишат те. „Оказва се, че сложността има своето място и колкото е удобно за раковите биолози да изследват туморните клетки изолирано, това има толкова смисъл, колкото да се опитват да разберат жабите, без да имат предвид, че те са склонни да живеят близо до блатата и да се хранят с насекоми . "
Склонни сме да мислим за рак само по отношение на мутирали клетки, продължават авторите. Но възприемането на този тесен подход е като да се опитате да разберете защо една жаба има лепкав език, без да вземете предвид, че жабите използват езиците си, за да ловят насекоми. Раковите клетки също се нуждаят от контекст. Например, ненаситна ракова клетка може да се разположи до кръвоносен съд не случайно, но така може да получи повече хранителни вещества и кислород, за да поддържа неограниченото си деление.
Раковите клетки трябва да се съревновават в тялото за хранителни вещества и други ресурси, точно както животните, живеещи в среда, трябва да се състезават помежду си, за да оцелеят. Това означава, че ракът, както всеки организъм, трябва да се адаптира към средата си, за да процъфтява. Изследователите обясняват:
Сега започва да се приема широко, че ракът не е само генетично заболяване, а това, в което еволюцията играе решаваща роля. Това означава, че туморните клетки се развиват, адаптират и променят средата, в която живеят. Онези, които не успеят да направят това, в крайна сметка ще изчезнат. Тези, които го правят, ще имат шанс да нахлуят и метастазират. По този начин способността на туморната клетка да се адаптира към нова среда ще се определя от околната среда и от клетъчните видове от оригиналния сайт, към който тя вече старателно се адаптира.
И така, как цялата тази теория може да се приложи в реалния живот? Екологичният подход за разбиране на рака е толкова сложен, че изключва нормални експерименти; те лесно биха могли да се заблудят с толкова много различни компоненти, които да бъдат разгледани. Вместо това, изследователите предлагат да се обърне към математиката и изчислителните за разбиране на по-големия контекст на околната среда, който води до рак. Еколозите използват един такъв математически подход, теорията на игрите, като начин да изучават еволюционната биология и начина, по който животните взаимодействат:
Силата на естествения подбор държи екосистемата да се фокусира върху оптимизиране на долния ред: дългосрочно възпроизвеждане. В игрите, изучавани от теоретиците на еволюционните игри, хората се състезават за налични ресурси, използвайки различни стратегии. Тези характеристики и поведение, известни като фенотипна стратегия, определят победителите и губещите в еволюцията.
Поведенческите стратегии могат да се променят в зависимост както от естеството на животното, така и от контекста на ситуацията. Ето един хипотетичен пример, основан на мисленето на теорията на игрите: Ако две хиени копаят в голям, вкусен труп на гну, те ще споделят с радост този ресурс. Но ако два лъва намерят същия труп, те ще се борят за изключителни права да го изядат, което означава, че един лъв се появява победоносно и взема всички месни плячки, докато другият не получава храна - плюс е ранен. И накрая, ако лъв срещне хиена на трупа, хиената ще завие, предавайки стоките си на по-силния лъв. С други думи, играчите с теория на игрите могат да реагират по един от трите начина в зависимост от това кой са и какво се случва: те могат да споделят, да се бият или да бъдат отнети.
Подобно на чиста джунгла или инвазивен вид, който бавно се разпростира и оставя следа от щети, след това туморите, като този по-горе, засягат и са засегнати от тъканта в заобикалящата го среда. Снимка от потребителя на Flickr Ед Утман
Подобни игри могат да се играят с туморни клетки. „Добър пример е тумор с клетки, които се отдалечават, когато се сблъскват с оскъдни ресурси (подвижни) и клетки, които остават да ги използват (пролиферативни)“, пишат авторите. За да направят нещата още по-сложни обаче е известно, че туморните клетки променят поведението си, тъй като те се размножават и метастазират в цялото тяло, което означава, че могат да преминат от хиена в лъв.
Те продължават, че теорията на игрите на ниво екосистема показва, че безразборното фокусиране върху убиване на възможно най-много туморни клетки може да не даде най-добрия резултат за пациента. Според моделите на теорията на игрите, евентуалният дългосрочен резултат от играта зависи от специфичните взаимодействия между играчите, а не от броя на участващите играчи. Лъвовете ще продължат да се бият помежду си за храна, независимо дали се срещат два лъва или 2000 лъва. „Лечение, основано изключително на безразборно премахване на повечето (но не всички) ракови клетки, може да има само временен ефект; както в повечето случаи първоначалният брой туморни клетки в крайна сметка ще бъде възстановен и надвишен “, пишат авторите.
Вместо това теорията на игрите показва, че по-ефективната алтернатива би се основавала на опитите да се променят начините, по които клетките взаимодействат помежду си и със средата си. Това може да повлияе на поведението, силата и репродуктивния успех на клетките, обясняват авторите, което би могло да насочи еволюцията на тумора към по-малко агресивни типове клетки или до по-стабилно съвместно съществуване с неракови клетки.
„В крайна сметка гледката към екосистемата е холистична, която разглежда прогресията на рака като процес, който възниква от взаимодействията между множество клетъчни видове и взаимодействията с туморната микросреда“, пишат авторите. „Екосистемната перспектива ни представя интригуващи последици“, казват те, заедно с множество въпроси за това докъде може да се вземе аналогията между екосистемите и рака.
Например, ако раковите клетки се разпространяват като инвазивен вид през екосистема, каква еволюционна печалба се постига, когато затворената екосистема (тяло) е непоправимо повредена (след смъртта на човек), така че морът също умира? За разлика от вирус, който може да убие своя гостоприемник, но да се разпространи в други гостоприемници в процеса, самите ракови клетки в по-голямата си част нямат средства за разпространение от индивид към индивид. И раковите клетки вземат ли сигнали от процеси, водени от конкуренцията или от сътрудничеството? Мислейки по-активно, могат ли да се задействат неракови клетки, така че да се държат като лъвове и да узурпират ресурсите на раковите клетки, докато ракът не се управлява?
Въпреки че екологията и математиката вероятно няма да победят рака сами по себе си, разглеждането на болестта от тази гледна точка може да позволи на лекарите по-добре да предвидят къде в тялото туморните клетки имат най-добрите и най-лошите шансове за оцеляване и как най-ефективно да им попречат да се размножават.
„Сърцето на въпроса е, че екологичният поглед върху туморите не обезсилва, а допълва и надгражда десетилетия на изследване на рака и несъмнено това ще доведе до по-добро разбиране на биологията на рака и до нови и подобрени терапии“, заключават изследователите, „Трябва правилно да разберем дърветата (напр. Всяко листо, клонка и клон), преди да можем да разберем гората, но не можем да си позволим да игнорираме гората, защото дърветата са толкова интересни сами по себе си.“
