تشخیص زودتر سرطان ریه تنها با یک آزمایش ادرار

تصور کنید به‌جای انجام آزمایش‌های پیچیده و قرار گرفتن در معرض اشعه، تنها با یک نمونه ادرار بتوان نشانه‌هایی از سرطان ریه را در بدن پیدا کرد؛ حتی زمانی که هنوز هیچ علامتی از بیماری وجود ندارد. این ایده شاید شبیه یک داستان‌ علمی‌ به نظر برسد، اما پژوهشگران دانشگاه کمبریج در حال بررسی روشی هستند که می‌تواند یک قدم مهم در این مسیر باشد.

آنها یک «نانوسنسور» از نوع تزریقی طراحی کرده‌اند که می‌تواند ردپای سلول‌هایی را شناسایی کند که به آنها «سلول‌های زامبی» گفته می‌شود. این سلول‌ها دیگر مثل سلول‌های معمولی رشد و تقسیم نمی‌شوند، اما از بین هم نمی‌روند؛ بلکه در بافت باقی می‌مانند و موادی آزاد می‌کنند که می‌تواند به بافت اطراف آسیب بزند و شرایط را برای شکل‌گیری یا پیشرفت سرطان فراهم کند.

پژوهشگران در این روش به دنبال یکی از همین مواد هستند. اگر این ماده در بافت ریه وجود داشته باشد، نانوسنسور واکنش نشان می‌دهد و در نهایت ذرات قابل شناسایی وارد ادرار می‌شوند. به این ترتیب، پژوهشگران می‌توانند با بررسی ادرار، سرنخ‌هایی از آنچه در بافت ریه اتفاق می‌افتد به دست بیاورند. 

یکی از جالب‌ترین بخش‌های این تحقیق که با عنوان «آزمایش ادرار می‌تواند سرطان ریه را سال‌ها پیش از بروز علائم شناسایی کند» (Urine test could help detect lung cancer years before symptoms occur) در مجله «نیچر» (Nature) به چاپ رسیده‌است؛ این است که این روش ممکن است در آینده به پزشکان کمک کند بفهمند آیا درمان سرطان مؤثر بوده یا نه و آیا نشانه‌هایی از مقاومت به درمان در بدن بیمار باقی مانده است. البته هنوز نباید این روش را یک آزمایش تشخیصی آماده برای استفاده در بیمارستان‌ها دانست. این فناوری فعلاً در مرحله پژوهش است و هنوز آزمایش‌های بالینی روی انسان انجام نشده است. با این حال، نتایج اولیه آن امیدبخش بوده و می‌تواند راهی تازه برای تشخیص و پایش سرطان ریه باز کند.

آناتک برای بررسی دقیق‌تر تأثیر این پژوهش بر زندگی روزمره با پروفسور «لیلیانا فروک» (Prof. Ljiljana Fruk)؛ استاد تمام در دانشکده مهندسی شیمی و بیوتکنولوژی «دانشگاه کمبریج» (University of Cambridge) انگلستان و یکی از پژوهشگران این پروژه گفت‌وگو کرده‌است.

پروفسور لیلیانا فروک - Prof. Ljiljana Fruk

این آزمایش ادرار چگونه می‌تواند نشانه‌های اولیه سرطان ریه را شناسایی کند؟

پژوهش ما بر شناسایی آسیب‌های اولیه در بافت ریه، به‌ویژه سلول‌های آسیب‌دیده‌ای به نام سلول‌های پیر یا «سلول‌های سنسانت» تمرکز دارد. می‌دانیم که این سلول‌ها می‌توانند پیش از شکل‌گیری سرطان در بافت حضور داشته باشند و تعداد زیادی از آن‌ها نیز در ریه‌های فیبروتیک، یعنی ریه‌هایی که دچار فیبروز و سفتی بافت شده‌اند، دیده می‌شوند.

ما آنزیم مشخصی به نام «متالوپروتئیناز ۷» یا (MMP-7) را شناسایی کردیم که توسط سلول‌های پیر موجود در ریه ترشح می‌شود. برای شناسایی این آنزیم، که می‌تواند نشانه‌ای از آسیب بافت ریه باشد، پروبی طراحی کردیم که از دو بخش تشکیل شده است. این دو بخش به وسیله یک رابط به یکدیگر متصل شده‌اند؛ رابطی که می‌تواند توسط MMP-7 تجزیه شود.

یکی از بخش‌های «پروب» (probe)، ردیاب یا کاوشگر ما، پروتئین آلبومین است که یکی از پروتئین‌های رایج در خون ماست. بخش دیگر، ذرات بسیار ریز طلا هستند؛ ذراتی آن‌قدر کوچک که می‌توانند از غشای کلیه عبور کنند و وارد ادرار شوند. وقتی MMP-7 در بافت وجود داشته باشد، این آنزیم اتصال بین آلبومین و ذرات طلا را تجزیه می‌کند. در نتیجه، ذرات طلا جدا شده، به سمت کلیه حرکت می‌کنند و از طریق کلیه وارد ادرار می‌شوند.

اما این ذرات آن‌قدر کوچک هستند که با چشم دیده نمی‌شوند. بنابراین، لازم بود روشی طراحی کنیم که بتواند آن‌ها را قابل مشاهده کند. برای این کار از نیترات نقره استفاده کردیم؛ ماده‌ای مشابه ماده‌ای که پیش از ظهور دوربین‌های دیجیتال در عکاسی استفاده می‌شد. با کمک نیترات نقره و چند ماده دیگر، ذرات طلای موجود در ادرار را بزرگ‌تر می‌کنیم. این ذرات بزرگ‌تر باعث تغییر رنگ می‌شوند و به این ترتیب می‌توانیم وجود آن‌ها را تشخیص دهیم.

لیلیانا فروک: یکی از مزیت‌های بالقوه این روش این است که می‌توان از آن برای پیگیری وضعیت بیمار در طول زمان استفاده کرد، بدون اینکه هر بار نیاز به انجام سی‌تی‌اسکن باشد

اگر بخواهیم همه این فرایند را در یک جمله خلاصه کنیم باید بگویم که ما از ذرات بسیار ریز طلا استفاده می‌کنیم که پس از جدا شدن از پروب یا کاوشگر تزریق‌شده توسط آنزیم MMP-7 وارد ادرار می‌شوند تا مشخص شود آیا در ریه آسیب بافتی وجود دارد که می‌تواند نشان‌دهنده سرطان ریه باشد.

این آزمایش چه تفاوتی با سی‌تی‌اسکن دارد و آیا می‌تواند سرطان ریه را در مراحل خیلی اولیه، حتی قبل از بروز علائم، شناسایی کند؟

سی‌تی‌اسکن روشی قدرتمند و بسیار مهم است، اما برای انجام آن بیمار باید به مرکز درمانی مراجعه کند و در معرض اشعه قرار بگیرد. به همین دلیل، نمی‌توان سی‌تی‌اسکن را بیش از حد و با فواصل کوتاه انجام داد. پروب ما این امکان را دارد که برای پایش آسیب بافتی در طول زمان مورد استفاده قرار گیرد. به‌ویژه پس از تشخیص بیماری، می‌تواند به ما نشان دهد که آیا درمان انجام‌شده موفق بوده است یا خیر.

بنابراین، یکی از مزیت‌های بالقوه این روش این است که می‌توان از آن برای پیگیری وضعیت بیمار در طول زمان استفاده کرد، بدون اینکه هر بار نیاز به انجام سی‌تی‌اسکن باشد.

«سلول‌های زامبی» یا سلول‌های پیر چه نقشی در ایجاد و پیشرفت سرطان دارند؟

سلول‌های پیر یا همان سلول‌های زامبی یا سنسانت، عوامل بسیار مهمی هستند که می‌توانند در شروع و شکل‌گیری سرطان نقش داشته باشند. این سلول‌ها عواملی را آزاد می‌کنند که می‌توانند با تغییر و بازبرنامه‌ریزی بافت، شرایطی مناسب برای رشد سلول‌های سرطانی ایجاد کنند و به این سلول‌ها کمک کنند از شناسایی توسط سیستم ایمنی فرار کنند.

این سلول‌ها همچنین از عوامل شناخته‌شده در ایجاد مقاومت به درمان و شکل‌گیری متاستاز هستند. به همین دلیل، به‌طور کلی، شناسایی و حذف آن‌ها می‌تواند مفید باشد. با این حال، هنوز هیچ درمانی که به‌طور بالینی و رسمی برای هدف قرار دادن سلول‌های پیر تأیید شده باشد، در دسترس نیست؛ هرچند چندین شرکت در حال کار روی توسعه چنین درمان‌هایی هستند.

چگونه تشخیص می‌دهید که سلول‌های پیر به دلیل سرطان یا آسیب بافت ریه ایجاد شده‌اند و نه به دلیل پیری طبیعی بدن یا التهاب؟

لیلیانا فروک: برای اینکه بتوانیم از این روش به‌عنوان یک آزمایش بالینی استفاده کنیم، ابتدا باید محدوده‌های مرجع طبیعی را در افراد سالم، از جمله افراد سالم مسن، مشخص کنیم. به این ترتیب می‌توانیم بدانیم چه میزان از این نشانگر در شرایط طبیعی وجود دارد و چه زمانی مقدار آن غیرطبیعی محسوب می‌شود

پیری طبیعی بافت نیز با افزایش تعداد سلول‌های پیر همراه است، اما میزان این سلول‌ها معمولاً به سطحی که در سرطان یا فیبروز مشاهده می‌شود نمی‌رسد. البته برای اینکه بتوانیم از این روش به‌عنوان یک آزمایش بالینی استفاده کنیم، ابتدا باید محدوده‌های مرجع طبیعی را در افراد سالم، از جمله افراد سالم مسن، مشخص کنیم. به این ترتیب می‌توانیم بدانیم چه میزان از این نشانگر در شرایط طبیعی وجود دارد و چه زمانی مقدار آن غیرطبیعی محسوب می‌شود.

فرایندهای طبیعی التهاب در ریه ممکن است با حضور سلول‌های پیر همراه نباشند. با این حال، اگر این سلول‌ها در جریان التهاب حضور داشته باشند و MMP-7 ترشح کنند، نانوسنسور آن‌ها را شناسایی خواهد کرد. با این حال، نکته مهم این است که ما در مطالعات خود MMP-7 را فقط در بافت آسیب‌دیده ریه مشاهده کردیم.

آیا تعداد این سلول‌های پیر می‌تواند نشان دهد که بیماری چقدر پیشرفت کرده یا تومور چقدر تهاجمی است؟

ما میزان سلول‌های پیر را به‌عنوان جایگزینی برای تعیین مرحله تومور در نظر نمی‌گیریم. در عوض، آن را یک نشانگر زیستی پویا از وضعیت تومور و پاسخ بدن به درمان می‌دانیم. باقی ماندن سلول‌های پیر پس از درمان ممکن است بتواند بیمارانی را شناسایی کند که در معرض خطر بالاتری برای عود بیماری یا مقاومت به درمان قرار دارند. دلیل آن این است که سلول‌های پیر می‌توانند محیطی در اطراف تومور ایجاد کنند که به رشد و پیشرفت آن کمک می‌کند.

بنابراین، فعالیت MMP-7 بیشتر از آنکه برای تعیین مرحله تومور مناسب باشد، می‌تواند به‌عنوان نشانگری برای ارزیابی اثر درمان و پیش‌بینی روند بیماری مورد استفاده قرار گیرد.

لیلیانا فروک: سلول‌های پیر می‌توانند محیطی در اطراف تومور ایجاد کنند که به رشد و پیشرفت آن کمک می‌کند

این آزمایش چگونه می‌تواند نشان دهد که یک بیمار به درمان پاسخ داده یا در برابر آن مقاومت پیدا کرده است؟

ردیاب ما ادعا نمی‌کند که مقاومت به درمان را به‌طور مستقیم اندازه‌گیری می‌کند. در واقع، یک فرایند زیستی را اندازه‌گیری می‌کند که به‌تدریج بیشتر به‌عنوان یکی از عوامل مؤثر در ایجاد مقاومت به درمان شناخته می‌شود: پیرشدگی پایدار سلول‌ها در اثر درمان.

این آزمایش با اندازه‌گیری فعالیت MMP-7 می‌تواند بیمارانی را شناسایی کند که در بدن آن‌ها سلول‌های پیر به‌طور مؤثر از بین نمی‌روند یا پاک‌سازی نمی‌شوند. این موضوع می‌تواند به پزشکان فرصت دهد تا پیش از آنکه مقاومت به درمان از نظر بالینی آشکار شود، زودتر برای تغییر یا تقویت درمان اقدام کنند؛ برای مثال، با استفاده از داروهایی که سلول‌های پیر را هدف قرار می‌دهند، یا استفاده از درمان‌های جایگزین.

آیا این آزمایش تاکنون روی نمونه‌های انسانی هم بررسی و آزمایش شده است، یا نتایج فعلاً بیشتر مربوط به آزمایش‌های آزمایشگاهی و مدل‌های حیوانی است؟

بله، ما نمونه‌های بافت انسانی از بیماران را نیز در اختیار داشتیم که از بانک نمونه‌های کمبریج تهیه شده بودند.

در حال حاضر مهم‌ترین محدودیت‌های این آزمایش چیست؟ مثلاً از نظر دقت، حساسیت یا امکان استفاده برای بیماران؟

این آزمایش در مدل‌های پیش‌بالینی، حساسیت تحلیلی و شواهد اولیه‌ای از اختصاصیت زیستی را نشان داده است، اما پیش از آنکه بتوان از آن به‌طور معمول در محیط بالینی استفاده کرد، همچنان چند چالش مهم وجود دارد.

در حال حاضر، یکی از مهم‌ترین موضوعات این است که اختصاصیت زیستی آزمایش را به‌طور دقیق مشخص کنیم؛ برای مثال، بتوانیم «سنسانس» (Senescence) یا همان حالتی که یک سلول دیگر تقسیم نمی‌شود و رشد نمی‌کند، اما هنوز زنده است مرتبط با افزایش سن را از سنسانسی که در اثر درمان ایجاد می‌شود تشخیص دهیم. همچنین باید این فناوری در مطالعات بالینی اعتبارسنجی شود و از یک روش آزمایشگاهی به روشی تبدیل شود که بتوان از آن در شرایط واقعی بالینی استفاده کرد. در این مرحله، این موضوعات اهمیت بیشتری از صرفاً بهبود عملکرد تحلیلی آزمایش دارند.

آیا می‌توان از این روش برای شناسایی سرطان‌های دیگری هم استفاده کرد؟

بله. ما در حال حاضر در حال بررسی امکان تأمین بودجه برای مطالعه بافت‌های دیگر هستیم تا بتوانیم آنزیم‌های MMP اختصاصی مرتبط با هر یک از این بافت‌ها را شناسایی کنیم؛ برای مثال، در سرطان پستان یا سرطان تخمدان.

مهم‌ترین کارهایی که باید انجام شود چیست تا این آزمایش در آینده بتواند به‌طور واقعی در بیمارستان‌ها و برای بیماران استفاده شود؟

ما اکنون به شواهد اولیه اثبات مفهوم و عملکرد تحلیلی قوی در مدل‌های پیش‌بالینی دست یافته‌ایم. گام‌های اصلی بعدی عبارت‌اند از اعتبارسنجی بالینی، نشان دادن کاربرد واقعی این فناوری در محیط بالینی و ساده‌سازی فرایند استفاده از آن. به‌طور کلی، لازم است همراه با همکاران بالینی خود مطالعات اعتبارسنجی بالینی را انجام دهیم تا مشخص شود این آزمایش دقیقاً چه اطلاعاتی می‌تواند در اختیار پزشکان قرار دهد و کدام‌یک از این اطلاعات می‌تواند بیشترین کمک را به تصمیم‌گیری‌های پزشکی و درمانی کند.

همچنین باید پروتکل آزمایش را استانداردسازی کنیم تا استفاده از آن ساده و قابل اجرا باشد و در کنار آن، مسیرهای قانونی و نظارتی و همچنین مراحل لازم برای دریافت مجوزهای مربوطه را طی کنیم. کارهای زیادی پیش رو داریم، اما به ظرفیت این فناوری امیدواریم و به پتانسیل آن باور داریم. بنابراین، مسیر توسعه آن را ادامه خواهیم داد.