Informație

Superpacienți pentru rezistența la cancer


Citeam un articol despre recenzia MIT Technology despre superpacienți pentru colesterol scăzut, care m-a făcut să mă gândesc dacă acești pacienți există pentru cancer.

Articolul este

http://www.technologyreview.com/featuredstory/532421/the-search-for-exceptional-genomes/

De asemenea, citisem anterior un articol despre șobolani cu cârtiți goi și hialuronan în ECM.

http://www.wired.com/2013/06/naked-mole-rat-cancer/

Prin urmare, mă întreb dacă există studii actuale care încearcă să descopere valorile genetice ale cancerului. Adică, oamenii care au hialuronan în ECM, care este aproape șobolan mol. Din moment ce înțeleg că, cu un fond genetic de peste 7 miliarde de euro, trebuie să existe cel puțin o valoare anterioară.

Mulțumiri


Cancer pancreatic - depistare precoce, răspuns imun și rezistență pe bază de infecții

Aproximativ 1,6% dintre bărbați și femei vor fi diagnosticați cu cancer pancreatic la un moment dat în timpul vieții. În 2014, se estimează că 64.668 de pacienți trăiau cu boala. Supraviețuirea pe cinci ani a cancerului pancreatic este de 8,2% și se preconizează că va fi a doua cauză de deces cauzată de cancer (în spatele cancerului pulmonar) în SUA până în anul 2030. Din motive întemeiate, noiembrie este luna conștientizării pancreatice. . Mai multe articole de cercetare recente sunt de un interes deosebit pentru noi. Continuați să citiți & rarr


News Brief: O nouă sursă de rezistență la medicamente

Lucy Jakub

Cele mai bune tratamente disponibile pentru cancerul pancreatic sunt foarte toxice și, pe măsură ce chimioterapiile merg, nu sunt foarte eficiente. Medicamentul gemcitabină a fost utilizat de zeci de ani pentru a prelungi viața pacienților, dar sunt necesare doze foarte mari pentru combaterea tumorii, care crește în pancreas înconjurată de țesut rigid, fibros, necanceros numit stroma. Această caracteristică a cancerului pancreatic îl face neobișnuit de dificil de tratat: cu cât se acumulează mai mult țesut stromal, cu atât mai puțin funcționează medicamentul, în timp ce pacienții încă suportă efecte secundare brutale. Doar 8,5 la sută dintre pacienții cu cancer pancreatic supraviețuiesc cu cinci ani după diagnosticare, deci este urgent să ne dăm seama de ce eșuează tratamentele existente.

Oamenii de știință știu de multă vreme că gemcitabina luptă împotriva cancerului prin uciderea celulelor în timpul replicării, deși motivul pentru care funcționează în special pentru cancerul pancreatic este un pic misterios. Medicamentul este o moleculă mică care se maschează drept nucleozid deoxicitidină, o unitate din acizii nucleici care alcătuiesc ADN-ul. Odată ce gemcitabina este integrată într-un fir de reproducere a ADN-ului, nucleozidele suplimentare nu pot fi unite la aceasta. Noua catenă ADN nu poate fi finalizată, iar celula moare. Acum, cercetătorii de la MIT au descoperit că celulele necanceroase din țesutul stromal pancreatic secretă cantități uimitoare de deoxicitidină. Ei au descoperit că concurența cu deoxicitidina face ca impostorul său, gemcitabina, să fie mai puțin eficient, explicând de ce sunt necesare doze mai mari de medicament pe măsură ce mai mult țesut stromal crește în jurul tumorii.

„Acesta a fost un răspuns pe care l-am căutat - ce face ca tumorile pancreatice să fie rezistente la gemcitabină?” spune Michael Hemann, profesor asociat de biologie, membru al Institutului Koch pentru cercetare integrativă în cancer al MIT și autor co-senior al studiului. Intelegerea mecanismelor de baza ale acestor medicamente ne permite sa ne intoarcem la clinica cu strategii imbunatatite pentru a trata pacientii cu cancer.

Douglas Lauffenburger, profesor de inginerie biologică, este, de asemenea, un co-autor principal al studiului, care reprezintă o colaborare între laboratorul Hemann, laboratorul Lauffenburger și laboratorul Vander Heiden și a apărut online în Cercetarea cancerului pe 4 septembrie, Simona Dalin, studentă absolventă a laboratorului Hemann, este autorul principal.

Ingredientul misterios

De ani de zile, cercetătorii de la MIT investighează diferite surse de rezistență la chimioterapie în țesutul stromal. Când Dalin a început studiul în urmă cu doi ani, ea se baza pe descoperirile unui fost postdoc în laboratorul Hemann, Emanuel Kreidl. Kreidl a descoperit că celulele stelate, un tip de celulă din țesutul stromal pancreatic din jurul tumorii, eliberează ceva în microambientul pancreasului care perturbă funcția gemcitabinei.

Celulele secretă tot felul de lucruri - micro ARN-uri, acizi grași, proteine ​​- care pot fi preluate și utilizate de celulele vecine. Biologii numesc aceste materiale ambientale din jurul celulei „media”. Kreidl încercase să fiarbă, să digere și să filtreze mediul celular stelat, dar nimic din ceea ce a făcut nu a făcut gemcitabina mai eficientă împotriva celulelor canceroase. Suspecții obișnuiți implicați în mod obișnuit în rezistența la medicamente cauzată de celulele vecine, cum ar fi proteinele, s-ar descompune în cadrul acestor teste. „Atunci am știut că este ceva nou aici”, spune Dalin. Provocarea ei a fost să-și dea seama care este acel ingredient misterios.

Mark Sullivan PhD ‘19, pe atunci student absolvent și biochimist în laboratorul Vander Heiden, a fost înrolat pentru a ajuta la separarea mediului celular stelat în componentele sale moleculare și pentru a le identifica. După ce a făcut acest lucru, Dalin spune, „era destul de evident că deoxicitidina era lucrul pe care îl căutam”. Deoarece gemcitabina funcționează luând locul deoxicitidinei în replicarea ADN-ului, a avut sens că prezența multor deoxicitidine ar putea îngreuna îndeplinirea funcției sale de gemcitabină.

Moleculele trec în și din celule prin porțile din membrana celulară, numite transportori. Folosind un medicament care blochează anumiți transportatori, Dalin a reușit să închidă poarta din celulele stelate prin care este eliberată deoxicididina. Cu mai puțină deoxicitidină în jur, gemcitabina a fost eficientă la doze mai mici, confirmând ipoteza ei. Acum, cercetătorii au trebuit doar să-și dea seama cum și unde deoxicididina intră în calea medicamentului.

Odată ajuns în interiorul celulei, o nucleozidă trebuie să aibă una sau mai multe grupări fosfat adăugate de mai multe enzime pentru a deveni o nucleotidă care poate fi utilizată pentru a construi ADN. Gemcitabina trece prin același proces. Cercetătorii au stabilit că gemcitabina concurează cu deoxicitidina pentru prima dintre aceste enzime, deoxicitidin kinaza. Când au inundat celula cu acea enzimă, gemcitabina nu a trebuit să aștepte la coadă grupurile sale de fosfat - și ar putea intra în ADN pentru a-și lucra subterfugiul fatal.

Ipoteze ascendente

În viitor, laboratorul Hemann își propune să identifice medicamente care ar putea inhiba producția de deoxicididină și restabili sensibilitatea tumorii la gemcitabină. Senthil Muthuswamy, profesor asociat de medicină la Centrul Medical Beth Israel Deaconess, care nu a fost implicat în cercetare, spune că acest studiu oferă „informații noi și importante” despre cum și de ce tumorile dezvoltă rezistență la gemcitabină. Constatările, adaugă el, sunt „susceptibile de a avea implicații importante pentru dezvoltarea de modalități de a depăși rezistența la gemcitabină în cancerul pancreatic”.

Rezultatele studiului pot arunca lumina asupra altor tratamente pentru cancer care funcționează similar cu gemcitabina. Pentru fiecare nucleozidă, există molecule asemănătoare, sau analogi, care sunt utilizate în terapiile împotriva cancerului. De exemplu, analogul purinei fludarabină este utilizat pentru a trata leucemia mieloidă acută, un alt carcinom tenace. Aceste medicamente generice au fost adoptate prin încercări și erori în clinică, dar oamenii de știință nu înțeleg pe deplin de ce sunt eficiente la nivel molecular.

În teorie, medicamentele analogice nucleozidice ar trebui să funcționeze interschimbabil fiecare nucleozidă este necesară fie în replicarea ADN-ului, fie a ARN-ului. În practică, însă, aceste medicamente sunt eficiente numai pentru anumite tipuri de cancer. Cercetătorii MIT speculează că cantitatea de deoxicididină produsă în pancreas ar putea sugera că celulele pancreatice au o nevoie specială de deoxicididină, care le face și mai receptive la analogii săi - explicând probabil de ce gemcitabina vizează în mod eficient celulele cancerului pancreatic.

„Înțelegerea mai multă despre biologia nucleozidelor și mai multe despre organele care au niveluri ridicate din care nucleozide ne-ar putea ajuta să înțelegem când să folosim ce chimioterapii”, spune Dalin.

Acest studiu lasă cercetătorii numeroase întrebări despre cum și de ce sunt produse nucleozide în organism, un tărâm al biologiei de bază care este încă slab înțeles. În general, se presupune că celulele produc nucleozide numai pentru propria lor utilizare internă în replicarea ADN-ului. Dar celulele stelate pancreatice produc multă deoxicididină, mult mai mult decât au nevoie pentru ele însele, sugerând că excesul de nucleozide poate servi unui scop necunoscut în celulele vecine. Deși sunt necesare mai multe experimente pentru a determina acest scop misterios, cercetătorii MIT au câteva idei.

Aceste nucleozide suplimentare introduc o posibilitate ca, de exemplu, producerea deoxycytidine este o functie normala a celulelor stelate in pancreas, in scopul de a oferi elemente de baza pentru celulele din jurul lor, spune Hemann. „Și asta este o adevărată surpriză.”

Această lucrare a fost finanțată parțial de o bursă David H. Koch și de Centrul MIT pentru Medicina Cancerului de Precizie.


Rezistență la rezistență

Terapiile vizate, imunoterapiile și chimioterapiile îmbunătățite sunt dezvoltate pentru a reduce suferința și mortalitatea care provin de la cancerul uman. Deși se așteaptă ca aceste abordări, și în special combinațiile lor, să reușească în cele din urmă într-o mare măsură, toate suferă un obstacol: populațiile de celule replicatoare se îndepărtează - de obicei într-un spațiu cu dimensiuni ridicate - de orice presiune de selecție opusă pe care o întâmpină. Ei dezvoltă rezistență. Cu toate acestea, este posibil să se dezvolte o înțelegere matematică precisă a problemei și să se proiecteze strategii de tratament care să prevină rezistența dacă este posibil sau să gestioneze rezistența în alt mod. În acest articol, prezentăm ecuațiile fundamentale care caracterizează evoluția rezistenței. Oferim formule pentru probabilitatea existenței celulelor rezistente la începutul terapiei, pentru numărul și dimensiunile medii de clone rezistente și pentru probabilitatea unui tratament combinat de succes. De asemenea, demonstrăm că dezvoltarea de noi terapii care maximizează doar rata de ucidere a celulelor canceroase poate să nu fie optimă și că parametrii care determină fracția de celule rezistente și rata de creștere a acestora au un efect mai mare asupra controlului pe termen lung al cancerului. Aceste instrumente matematice informează procesul de căutare a terapiilor optime care au ca scop vindecarea cancerului.


O abordare a biologiei sistemelor pentru a depăși rezistența TRAIL în tratamentul cancerului

În ultimul deceniu, echipa noastră de cercetare a investigat răspunsurile dinamice și proprietățile globale ale celulelor vii folosind abordări de biologie a sistemelor. Mai exact, am dezvoltat modele de calcul și tehnici statistice pentru a interpreta semnalizarea celulară instructivă și comportamentele de mare viteză ale transcriptomului la nivelul imunității, cancerului și celulelor de dezvoltare embrionară. Aici, mă voi concentra asupra lucrărilor noastre recente privind depășirea rezistenței la cancer. TRAIL (ligand care induce apoptoza tumorală legată de factorul de necroză), o citokină proinflamatorie, a demonstrat un succes promițător în controlul amenințării cancerului datorită capacității sale de a induce apoptoza în mod specific cancerelor, având în același timp un efect limitat asupra celulelor normale. Cu toate acestea, mai multe tipuri de cancer malign, cum ar fi fibrosarcomul (HT1080) sau adenocarcinomul colorectal (HT29), rămân nesensibile la TRAIL. Pentru a sensibiliza HT1080 la tratamentul TRAIL, am dezvoltat mai întâi un model de calcul dinamic bazat pe abordarea perturbare-răspuns, pentru a prezice o co-țintă crucială pentru a spori moartea celulară. Simulările modelului au sugerat că inhibarea PKC împreună cu TRAIL induc moartea celulară de 95%. Ulterior, am confirmat acest rezultat utilizând experimental inhibitorul PKC, bisindolilmaleimidă (BIM) I și ARNsi PKC în HT1080.


Concluzie

Progresele recente în înțelegerea moleculară a CRPC ne-au oferit o serie de ținte biologice potențiale pentru tratamentul CRPC. Multe dintre căile și țintele acoperite în această revizuire au în prezent agenți care sunt supuși studiilor clinice, iar unele sunt aprobate de FDA pentru tratamentul CRPC. Din păcate, majoritatea acestor agenți farmaceutici cresc doar moderat supraviețuirea și CRPC rămâne încă incurabil. Cu toate acestea, descoperirile recente și căile de cercetare pot permite terapii mai eficiente orientate molecular, precum și o mai bună înțelegere a mecanismelor CRPC.


Michael M. Gottesman, M.D.

Dr. Gottesman și colegii săi au inițiat caracterizarea mecanismelor moleculare care au ca rezultat eșecul de a vindeca cancerul cu chimioterapie. Acum se concentrează asupra mecanismelor care reduc acumularea de medicamente citotoxice în celulele canceroase, inclusiv absorbția redusă a medicamentelor și creșterea efluxului de medicamente dependente de energie de către transportorii ABC, cum ar fi glicoproteina P (ABCB1), ABCC1 (MRP) și ABCG2 (BCRP). Ei încearcă să definească instrumente moleculare pentru a detecta mecanismele de rezistență în cancer și să elaboreze modalități de a ocoli sau de a exploata această rezistență pentru tratamentul cancerelor multirezistente. Un obiectiv suplimentar este de a defini rolul fiziologic al acestor transportori multidrog în țesuturile umane normale, de ex. la bariera hematoencefalică.

1) rezistență la mai multe medicamente, 2) transportori ABC, 3) tiosemicarbazide, 4) barieră hematoencefalică, 5) chimioterapie

Informatii de contact

Succesul în tratamentul unor tipuri de cancer diseminate cu chimioterapie a condus la intensificarea eforturilor de a înțelege de ce multe alte tipuri de cancer sunt intrinsec rezistente la medicamentele anticancer sau devin rezistente la chimioterapie după multe runde de tratament. Lucrările efectuate în secțiunea de rezistență la mai multe medicamente au arătat că un mecanism major de rezistență a celulelor canceroase la medicamentele anticanceroase ale produselor naturale, cum ar fi Adriamicina, etopozida, vinblastina, actinomicina D și Taxolul, este expresia unei pompe de eflux de droguri dependente de energie, denumită glicoproteină P (P-gp, codificat de ABCB1 genă), sau transportorul multidrog. Acest sistem de pompare contribuie la rezistența la medicamente în aproximativ 50% din cancerele umane prin prevenirea acumulării de medicamente anticanceroase puternice în celulele canceroase. Secvența ABCB1 , determinată în laboratorul nostru, a condus la (1) un model de transportor sub formă de pompă cu 12 domenii transmembranare și două situri ATP și (2) descoperirea unei familii conexe de 48 de transportori ABC umani implicați într-o varietate de procese esențiale de transport în celule. Polimorfisme în ABCB1 gena, inclusiv polimorfismul „silențios” C3435T (fără modificări ale aminoacizilor) afectează rezistența medicamentului și sensibilitatea la inhibitori, probabil prin schimbarea structurii ARNm și a ratei de traducere. Cel puțin o duzină de alți transportatori ABC pot contribui la rezistența la medicamente în cancer. În timp ce studiile privind mecanismul și funcția P-gp și a transportatorilor ABC în celulele canceroase cultivate au condus la o mai bună înțelegere a posibilelor mecanisme de rezistență la mai multe medicamente și la noi modalități de eludare sau țintă a rezistenței, cum ar fi super-sensibilitatea P-gp. -exprimarea celulelor pentru unele medicamente, relevanța clinică este încă neclară.

Unul dintre rolurile recunoscute pentru transportatorii ABC, în special P-gp și ABCG2, este acela de a limita penetrarea medicamentului în creier. În timp ce modelele de șoarece knockout au fost de neprețuit în definirea rolului P-gp și ABCG2 la bariera hematoencefalică, aceste modele sunt scumpe și nu sunt supuse testelor de mare viteză. Peștele zebră a fost sugerat ca o posibilă alternativă la modelul mouse-ului, cu toate acestea, există puține date disponibile cu privire la transportatorii omologi. Peștele zebră nu are un omolog direct de ABCB1 dar în schimb au 2 gene similare, abcb4 și abcb5. În plus, peștele zebră are 4 omologi de oameni ABCG2abcg2a, abcg2b, abcg2c, și abcg2d. În prezent, localizăm acești transportori în peștele zebră și le caracterizăm specificitatea substratului pentru a determina fezabilitatea peștilor zebră ca model pentru transportatorii la bariera hematoencefalică. În plus, dezvoltăm noi teste de reporteri bazate pe pește zebră pentru a modela inhibarea transportorului la bariera hematoencefalică.

Proiectele în curs de desfășurare în laborator includ ecrane CRISPR la nivel de genom pentru a identifica mecanisme noi de rezistență la diferiți agenți de chimioterapie în modele de linie celulară. În special, suntem interesați de mecanismele de rezistență la medicamente pe bază de platină și taxani, deoarece acestea sunt frecvent utilizate pentru tratarea cancerului ovarian. Noi mecanisme de rezistență descoperite din modelele de linie celulară vor fi interogate împotriva unei cohorte de date ARN Seq din probe de tumori de cancer ovarian obținute după operația de debulking și în momentul recăderii. În plus, încercăm să identificăm noi mecanisme de rezistență la oxaliplatină în modelele de cancer de colon, deoarece oxaliplatina este unul dintre cele mai eficiente medicamente utilizate pentru tratarea cancerului de colon. În cele din urmă, inhibitorii histone deacetilazei (HDI) sunt deosebit de eficienți în limfoamele cu celule T din clinică, dar au fost raportate relativ puține mecanisme de rezistență. Ecranele CRISPR care identifică mecanisme noi de rezistență pot duce la mai multe răspunsuri în limfoamele cu celule T atunci când HDI sunt combinate cu alte terapii vizate.

În timp ce supraexprimarea ABCB1, ABCC1 sau ABCG2 se știe că conferă un fenotip de rezistență la mai multe medicamente, alți transportori ABC pot contribui, de asemenea, la rezistența la medicamente în cancer. Prin urmare, dezvoltăm un sistem bazat pe CRISPR pentru a examina rolul tuturor celor 48 de transportatori ABC în dezvoltarea rezistenței la o anumită chimioterapie. Acest sistem poate fi utilizat cu orice model de linie celulară la alegere și cu orice compus citostatic sau citotoxic.


Bios difuzor

Michael B. Yaffe, MD, Ph.D.

Institutul de tehnologie din Massachusetts
Cambridge, MA

Dr. Yaffe este David H. Koch profesor de biologie și inginerie biologică la Institutul Koch pentru cercetarea integrativă a cancerului la Institutul de tehnologie din Massachusetts. El este, de asemenea, membru asociat senior al Institutului Broad și chirurg chirurg intensivist în cadrul Departamentelor de Chirurgie și Anestezie de la Centrul Medical Beth Israel Deaconess, Harvard Medical School. Dr. Yaffe a primit B.S. în știința și ingineria materialelor de la Universitatea Cornell și doctoratul și doctoratul său. diplomele de la Case Western Reserve University, urmate de o pregătire postdoctorală avansată cu prof. Lew Cantley la Harvard Medical School. Cercetările Dr. Yaffe se concentrează pe biologia căilor de semnalizare complexe pe care celulele le utilizează pentru a răspunde la deteriorarea și inflamația ADN-ului, în special rolul protein kinazelor și al domeniilor de legare modulară în dezvoltarea tumorilor și a tratamentelor anticanceroase. Laboratorul său folosește o abordare multidisciplinară care cuprinde biologia sistemelor, farmacologia moleculară, biochimia / proteomica, biologia celulară și structurală și calculul / bioinformatica. Dr. Yaffe este, de asemenea, redactor șef științific al Semnalizarea științifică și membru al comitetelor editoriale ale Proteomica moleculară și celulară, și Ciclul celulei.

Jeffrey Engelman, MD, Ph.D.

Facultatea de Medicină Harvard
Boston, MA

Dr. Engelman este investigatorul principal al propriului laborator de la Centrul de Cancer al Spitalului General din Massachusetts (MGH), director de oncologie toracică la MGH și directorul de terapie moleculară la Centrul de Cancer MGH. A primit B.A. în chimie de la Northwestern University și doctoratul și doctoratul său de la Colegiul de Medicină Albert Einstein. Dr. Engelman și-a finalizat rezidența medicală în medicină internă la Brigham and Women’s Hospital și bursa sa în hematologie și oncologie la programul combinat Dana-Farber Cancer Institute / MGH. El s-a alăturat facultății Harvard Medical School și MGH în 2005. Scopul cercetării laboratorului său este de a avansa terapii specifice pentru a beneficia pacienții cu cancer. Cercetările sale se concentrează pe înțelegerea bazelor biologice ale sensibilității și rezistenței la terapiile specifice inhibitorului kinazei specifice în cazurile de cancer cu anomalii genetice specifice. În special, laboratorul său se concentrează pe reglarea rețelelor cheie de semnalizare care reglează creșterea și supraviețuirea celulelor canceroase. În rolul său de director de oncologie toracică la MGH, el conduce programul de cercetare al echipei de oncologie toracică. Acest program integrează studii de laborator, studii clinice și analize moleculare cuprinzătoare ale cancerelor pentru a iniția terapii individualizate. El a stabilit o infrastructură de translație bine dezvoltată, care a culminat cu o conexiune perfectă de la bancă la noptieră, cu fiecare activitate care îl informează pe celălalt.

Michael W. Deininger, MD, Ph.D.

Universitatea din Utah
Salt Lake City, UT

Dr. Deininger este profesor și șef de hematologie și tumori maligne hematologice în cadrul Departamentului de Medicină Internă și al Institutului Huntsman Cancer de la Universitatea din Utah. De asemenea, el funcționează ca director senior de cercetare transdisciplinară la Institutul Huntsman Cancer. Are o vastă experiență în tratarea pacienților cu cancer de sânge și are un interes deosebit în leucemia mieloidă cronică și neoplasmele mieloproliferative, un grup de cancere ale sângelui legate de leucemie. În calitate de clinician-om de știință cu un accent de cercetare translațională, dr. Deininger conduce un laborator de cercetare cu finanțare extramurală, dedicat studiului căilor de semnalizare, rezistenței la medicamente și noilor terapii moleculare în leucemie.

Annalisa VanHook, dr.

Semnalizarea științifică/ AAAS
Washington DC

Dr. VanHook a studiat biologia ca student la Kenyon College și și-a luat doctoratul. de la Departamentul de genetică umană de la Universitatea din Utah. A finalizat o bursă postdoctorală la Universitatea din California, Berkeley, susținută de Institutul Medical Howard Hughes, în domeniul biologiei dezvoltării evolutive. Dr. VanHook s-a alăturat personalului din Semnalizarea științifică/ AAAS în 2008, unde este în prezent editor web al Semnalizarea științifică.


Rezultate

Spalaxeste rezistent la cancerul indus chimic

Pentru a evalua experimental dacă Spalax este rezistent la carcinogeneza indusă chimic, am tratat animale din diferite specii de rozătoare în conformitate cu următoarele protocoale:

Tratamentul DMBA / TPA

Spalax și șoarecii C57BL / 6 au fost tratați cu DMBA / TPA pentru a induce cancer de piele [19]. Spalax animalele au dezvoltat leziuni cutanate în decurs de 10 zile (Figura 1A, panoul central superior). Examenul histologic al secțiunilor de țesut colorat cu hematoxilină și eozină a demonstrat necroza cutanată care implică părțile profunde ale dermei, infiltrarea masivă a zonelor afectate cu leucocite neutrofile și epiderma ulcerată acoperită focal cu exudați fibrino-purulenți (Figura 1A, panoul mediu inferior). Mușchiul scheletului subcutanat și țesuturile osoase nu au fost afectate și nu a fost identificată nicio tumoră. Plăgile s-au vindecat complet în decurs de șapte până la nouă săptămâni, rezultând îngroșarea epidermică (Figura 1A, panourile din dreapta) și nu s-a observat nicio progresie la tumorile cutanate, chiar dacă tratamentele TPA au fost prelungite la șase luni (noiembrie 2010 până în aprilie 2011). În grupul de control, Spalax numai animalele tratate cu acetonă nu au prezentat modificări ale macro- și microstructurii pielii, asemănătoare animalelor netratate (Figura 1A, panourile din stânga). După 7 până la 10 zile de tratament DMBA / TPA, șoarecii au demonstrat mici vezicule intra-epidermice, unele dintre ele s-au rupt, formând eroziuni superficiale cu cruste extinse (Figura 1B, panourile medii), care ulterior au suferit transformări în multiple tumori cutanate în decurs de două până la trei luni. (Figura 1B, panoul din dreapta sus). Examenul histologic a evidențiat excrescențe epidermice papilare și plate cu caracteristici displazice, asemănătoare focal cu carcinomul cu celule scuamoase (Figura 1B, panourile din dreapta).

Efectul aplicațiilor cancerigene DMBA / TPA asupra Spalax și pielea șoarecilor . Modificări macroscopice și microscopice ale pielii Spalax (A) și șoareci (B). (A) Țesuturi normale (imagini din stânga). Necroza pielii și a țesutului adipos subcutanat (imagini din mijloc). Leziune cutanată complet vindecată care prezintă îngroșare epidermică cu hiperkeratoză și fibroză dermică (imagini corecte). Colorare hematoxilină și eozină, × 40 (imagini din stânga și mijloc) și × 100 (imagine din dreapta). (B) Țesuturi normale (imagini din stânga). Blistele intra-epidermice, parțial rupte cu formarea de eroziune și cruste, congestia și celulele inflamatorii infiltrate în derm indică o inflamație continuă (imagini din mijloc). Creșterile papilare ale pielii cu epidermă displazică îngroșată, numeroase mitoze și focare sugerează carcinomul cu celule scuamoase (imaginea din dreapta). Colorare hematoxilină și eozină, × 40 (imagini din stânga și mijloc) și × 100 (imagine din dreapta). DMBA / TPA, 7,12-Dimetilbenz (a) antracen / 12-O-tetradecanoilforbol-13-acetat.

Tratamentul 3-MCA

Capacitatea unei singure injecții subcutanate de 3-MCA de a induce fibrosarcom este bine documentată [20]. Tumorile așteptate au apărut în termen de două până la trei luni la șoareci și în patru până la șase luni la șobolani. Au fost identificate tumori hipercelulare cu celule fusiforme cu celule extrem de pleiomorfe, cu proliferare extinsă (30 și mai multe figuri mitotice la 10 câmpuri de putere mare) dispuse în fascicule intersectate sau foi largi. Stroma mică, parțial mixoidă și zonele de necroză hemoragică au fost constatări tipice (Figura 2A). Toate tumorile examinate dezvoltate la șoareci și șobolani tratați cu 3-MCA au fost identificate histologic ca fibrosarcoame. Important, Spalax nu a prezentat niciun proces patologic de peste un an. Cu toate acestea, până la 14 până la 16 luni după tratamentul cu 3-MCA, 2 dintre Spalax animalele (din 6 indivizi bătrâni și un total de 12 animale) au dezvoltat o creștere excesivă a țesutului la locul injectării. Aceste leziuni au fost bine circumscrise ca formă, spre deosebire de tumorile prost definite găsite la șoareci și șobolani (Figura 2B). Examenul histologic a relevat proliferarea benignă a celulelor fusiforme care reflectă cel mai probabil fibroza la locul unei reacții inflamatorii incomplet rezolvate.

Efectul tratamentului cu 3-metilcolantren asupra inducerii tumorii țesuturilor moi în Spalax și șoareci. Animale tratate cu o singură injecție de 3MCA așa cum este descris în secțiunea Materiale și metode. Imaginile reprezentative arată observații macroscopice și microscopice. Șoareci (A): O masă moale nedefinită, cu focare de necroză și hemoragie diagnosticată ca fibrosarcom de grad înalt prin histologie. Spalax (B): un nodul bine circumscris, ferm, albicios compus din celule benigne de fus organizate în fascicule lungi regulate - fibroză reactivă benignă. Colorare hematoxilină și eozină, × 100. 3MCA, 3-metilcolantren.

Un caz de dezvoltare a fibrosarcomului în Spalax

Un singur, vechi Spalax individul a dezvoltat o tumoare indusă de 3-MCA la 18 luni după tratamentul inițial (Figura 3). S-a efectuat o biopsie, iar examenul histologic a relevat o tumoare parțial necrotică și puternic inflamată, cu fus și cu celule epitelioide, cu margini infiltrative și stromă mixoidă. Celulele au demonstrat discoezie, polimorfism în mărime și formă (celule bizare și gigantice prezente) și atipii nucleari proeminenți (Figura 3A). Această tumoare hipercelulară a demonstrat activitate mitotică ridicată (peste 30 de mitoze la 10 câmpuri de putere mare) cu cifre mitotice atipice abundente. Microscopia electronică de transmisie a dezvăluit rezultate asemănătoare fibrosarcomului [21]: nuclei deformați, unii cu aspect monstruos ramificare lungă și reticul endoplasmatic dur dilatat și abundență de fibre de colagen extracelular (Figura 3B, C). Caracteristicile de diferențiere miofibroblastică nu au fost observate. O linie celulară nemuritoare a fost stabilită din proba tumorală. Celulele aderente cultivate prezintă un fenotip tipic de fibroblast (Figura 3D), care a rămas neschimbat pe o perioadă lungă de cultură (40 de pasaje, 8 luni după izolare).

Tumoare indusă de 3MCA în Spalax . (A) Examen microscopic cu lumină. Notă că fusul, epitelioidul și nucleele gigantice ale celulelor multinucleare (săgeata goală) sunt variabile ca formă, dimensiune și nucleoli de distribuție a cromatinei variază în frecvență. Colorare hematoxilină și eozină, × 100. (B) Microscopie electronică de transmisie (TEM): reticul endoplasmatic dur dilatat, alungit (săgeți negre) și fibre abundente de colagen (săgeți albe) (C) TEM: un nucleu gigant, monstruos (N). (D) Linia celulară stabilită din Spalax tumoră, imagine de contrast de fază după șase luni de cultivare continuă (×200). 3MCA, 3-metilcolantren.

Restul tratat Spalax indivizii nu au prezentat modificări fenotipice sau comportamentale și au fost încă sub observație la Animal House peste doi ani după tratament (octombrie 2010 - iulie 2013).

Spalax fibroblastele suprimă creșterea celulelor canceroase umane in vitro

Pentru a compara efectele fibroblastelor normale izolate din diferite rozătoare asupra creșterii celulelor canceroase umane, am folosit o abordare de co-cultură, în care fibroblastele au fost cultivate împreună cu celulele canceroase pe o suprafață comună (figurile 4 și 5). În aceste experimente, au fost testate celulele Hep3B derivate din hepatom, precum și celulele MCF7 ale cancerului de sân. Inhibarea evidentă a creșterii celulelor canceroase a fost găsită atunci când celulele Hep3B au fost co-cultivate cu Spalax fibroblaste normale ale plămânului și pielii: focarele celulelor canceroase distruse au fost vizibile după șase zile de co-cultură (Figura 4). Co-cultivarea prelungită până la 11 zile a dus la distrugerea ulterioară a coloniilor de celule canceroase prin prezența Spalax fibroblastele și spațiile ocupate anterior de celulele Hep3B au fost invadate de fibroblaste (Figura 4). În schimb, numărul de celule canceroase co-cultivate cu fibroblaste de șoarece a crescut treptat, iar în ziua 6, celulele Hep3B înconjurate de fibroblaste de șoarece au atins confluența de aproximativ 80%, similar cu controlul (numai Hep3B). Coloniile Hep3B crescute au fost găsite după o cultură de 11 zile cu fibroblaste de șoarece. Un efect inhibitor evident a fost demonstrat atunci când Spalax fibroblastele normale ale pielii au fost co-cultivate și cu celulele MCF7 ale cancerului de sân (Figura 5). După 10 zile de co-cultură cu Spalax au fost observate fibroblaste, rotunjiri masive și detașarea celulelor canceroase. Pe de altă parte, fibroblastele de șoarece au stimulat proliferarea celulelor MCF7 și până în ziua 10 s-au dezvoltat colonii dens populate de celule canceroase.

Efecte ale Spalax și fibroblaste de șoarece pe creșterea celulelor de hepatom uman co-cultivate. Celulele tumorale (TC) au fost cultivate fie singure, fie în prezența Spalax sau fibroblaste de șoarece în raport de 1:10 (5 × 10 4 fibroblaste și 5 × 10 3 celule canceroase în plăci cu șase godeuri) în mediu RPMI / DMEM-F12 (1: 1) conținând 10% FBS. Săgețile albe indică focarele celulelor canceroase distruse, iar săgețile negre arată limitele coloniilor fibroblaste-celule tumorale. Celulele din mono- și co-culturi au fost observate și fotografiate zilnic. Sunt prezentate imagini reprezentative pentru fiecare probă la intervale de timp diferite (× 200).

Modificări morfologice în celulele MCF7 ale cancerului de sân uman declanșate de co-cultură cu Spalax fibroblaste. Celulele MCF7 au fost co-cultivate cu fibroblaste cutanate de Spalax sau șoarece în raport de 1:15 (5 × 10 4 fibroblaste și 2,5 × 10 3 celule canceroase în plăci cu șase godeuri) în mediu DMEM / DMEM-F12 (1: 1) conținând 5% FBS. Sunt prezentate imagini de contrast de fază reprezentative după 10 zile de co-cultură (× 200). Observați rotunjirea și detașarea celulelor MCF7 co-cultivate cu Spalax fibroblaste. Săgețile negre indică rotunjirea celulelor. Săgețile albe arată celule „plutitoare” micșorate.

In vitroactivitatea anticancerigenă a altor fibroblaste de rozătoare naturale sălbatice

Since we compare a wild mammal with laboratory animals that are sensitive to cancer, we conducted co-culture experiments using Hep3B cancer cells with skin fibroblasts isolated from two different wild, natural rodents: Acomys, a short-lived, wild, above-ground rodent and naked mole rat (Heterocephalus glaber), a long-lived cancer-resistant wild subterranean rodent [22]. As shown (Figure 6), no growth inhibitory effect was found when Acomys fibroblasts were co-cultured with Hep3B cells. On the contrary, Acomys fibroblasts promoted cancer cell invasion similar to the effect of rat fibroblasts. Heterocephalus cells, similar to Spalax, evidently destroyed cancer cell growth (Figure 6).

Comparison of the effects of Spalax, Acomys, Heterocephalus and rat skin fibroblasts on growth of Hep3B cells. Hep3B tumor cells were cultured either alone or in presence of Spalax, Acomys, Heterocephalus or rat fibroblasts in the ratio of 1:10 (5 × 10 4 fibroblasts and 5 × 10 3 cancer cells in six-well plates) in RPMI/DMEM-F12 media (1:1) containing 10% FBS. After seven days incubation cells were photographed. Representative images for each sample are shown (×200). White arrows point to the foci of damaged cancer cells. TC, tumor cells.

Conditioned medium generated by Spalaxfibroblasts induces cancer cell death, but does not affect normal primary fibroblasts

To determine whether the anti-cancer activity of Spalax fibroblasts was mediated by fibroblast-secreted soluble factors, conditioned media (CM) obtained from Spalax, mouse and rat monolayers were tested. Cancer cells of different origins were incubated under CM of normal fibroblasts, which had never been exposed to cancer cells or other stimuli. Effects of CM generated by cancer cells were also tested (Figure 7). As demonstrated in Figure 7A, exposure of Hep3B cells to CM from cultured newborn Spalax fibroblasts decreased cancer cell viability as measured by mitochondrial respiratory function. Exposure to mouse CM hardly had an effect on cancer cell viability. Similarly, nine-day exposure of Hep3B cells to CM generated by adult (>5.5 years old) Spalax fibroblasts obviously reduced cancer cell viability as was determined by a trypan blue extrusion assay (Figure 7B,C): cancer cells exposed to Spalax fibroblast-conditioned CM reached 49% death, whereas unexposed cells remained completely adherent and viable (Figure 7C).

Effects of conditioned media (CM) on viability of cancerous and non-cancerous cells. (A) Hep3B cells were seeded in a 96-well plate at a density of 5 × 10 3 and 1 × 10 3 cells/well in RPMI-DMEM/F12 medium conditioned by Spalax or mouse skin newborn fibroblasts (SpNbF and MNbF, respectively). Hep3B cells were incubated for four days viability was estimated by PrestoBlue® Reagent. (B, C) Hep3B cells (1 × 10 4 cell/well) were cultured in six-well plates under conditioned medium of Spalax adult skin fibroblasts (B) or grown in medium generated by Hep3B cells (C). After nine days, the cells’ survival rates were assessed by a Countess® cell counter (Life Technologies) red: dead cells, blue: viable cells. (D) Hep3B and HepG2 cells were incubated under Spalax CM for four days, followed by changing the media either to fresh media or new Spalax CM. After two days, viability was estimated by PrestoBlue® Reagent. (E) Spalax fibrosarcoma cells (SpFS2240) were incubated for three or seven days in full medium or under CM of Spalax adult skin normal fibroblasts (SpAdF CM), Hep3B (Hep3B CM), Spalax fibrosarcoma (SpFS2240 CM). Cell viability was evaluated by using PrestoBlue® reagent. Results are presented as percentage of control (SpFS2240 CM) mean ± S.D. (F) Effects of CM generated by Spalax or mouse normal fibroblasts (SpNbF CM and MNbF CM, respectively) on the growth of non-cancerous cells. The viability was estimated after four days by PrestoBlue® reagent mean ± S.D. (G) Heat treatment of conditioned media. Seven-day CM, generated by Spalax or rat fibroblasts, was heat-treated at 56°C for 10 minutes and 30 minutes prior to addition to Hep3B cancer cells (2,000 cell/well) in 96-well plates. Cells were incubated for seven days followed by PrestoBlue® test. All results were obtained from three independent experiments performed in three to six technical repeats.

We next evaluated the reversibility of the inhibition of cancer cells initiated by Spalax CM. HepG2 and Hep3B were grown with Spalax CM for four days, then the medium was changed by either fresh unused regular media or with fresh Spalax CM. Cancer cell viability was measured after another two days. Recovery of the cancer cells was demonstrated when the CM was changed with fresh unused regular media (Figure 7D). Importantly, growth of Spalax-derived fibrosarcoma cells (SpFS2240) was gradually suppressed by CM generated by Spalax normal fibroblasts, but was not affected by normal, full medium and CM derived from Hep3B cells or CM derived from the SpFS2240 cells themselves (Figure 7E). Noteworthy, no inhibitory effects were detected on mouse, rat and Spalax normal fibroblasts following exposure to homologous or heterologous CM (Figure 7F). To get a preliminary idea of the nature of the secreted factors responsible for cancer cell growth inhibition, CM from Spalax and rat fibroblasts, and the regular medium of fibroblasts (DMEM-F12) were heated to 56°C for 10 minutes, and 30 minutes. The different heat-treated media was mixed 1:1 with RPMI (the optimal growth medium for the hepatoma cell lines used in this study) and was added to Hep3B cancer cells. After seven days, the viability of the cancer cells was measured. The heat-treated CM generated from Spalax fibroblasts reduced its anticancer activity, expressed as a partial increase in Hep3B cells viability (Figure 7G).

Soluble factors generated by Spalaxfibroblasts cause cell cycle arrest, nuclear fragmentation, and impair mitochondrial dynamics in cancer cells

To investigate the mechanisms by which Spalax fibroblasts induce cancer cell death, we examined nuclear and mitochondrial shape dynamics, as well as cell cycle distributions in Hep3B and HepG2 cells. No changes in the morphology of cells, nuclei and mitochondria as well as in cell cycle distribution were found when Hep3B cells were incubated with rat CM (Figure 8, middle row) compared to Hep3B grown with their own medium (Figure 8, upper row control). In contrast, following exposure to Spalax CM, Hep3B cells undergo phenotypic changes observed under phase contrast microscopy: cellular shrinkage, irregularities in the plasma membrane and blebs formation (Figure 8, lower row, phase-contrast). Cell cycle analysis revealed a noticeable accumulation of dead cells in sub-G1 (36.7% versus 16.4% in control), a reduction in the number of cells in G0/G1 (28.9% versus 49.6% in control), and a modest arrest of proliferation in G2/M (21.7% versus 17.1% in control) (Figure 8, lower row, cell cycle). Nuclear staining with DAPI of Hep3B cells that were grown with Spalax CM for eight days, revealed heterogeneous chromatin appearance within irregularly shaped nuclei, and in many cells extensive chromatin condensation and nuclear fragmentation were conspicuous (Figure 8, lower row, DAPI staining). On the other hand, homogeneous patterns with regular-shaped nuclei were mainly represented in the cells incubated with rat CM as well as in the control cells (Figure 8, upper and middle row, DAPI staining). To examine whether Spalax fibroblast CM could induce mitochondrial dynamic changes in cancer cells, Hep3B cells were stained with MitoTracker-Red® probe after eight days of incubation. Compared with control and rat CM, the mitochondrial network of cells after eight-day growth with Spalax CM demonstrated the presence of damaged fragmented mitochondria (Figure 8, lower row, MitoTracker® + DAPI). Similar to Hep3B cells, HepG2 cells under Spalax CM also showed morphological changes and accumulation of cells in sub-G0/G1 whereas mouse and rat CM did not affect cellular morphology and cell cycle distribution (Figure 9). BrdU incorporation into DNA, a marker for cell proliferation, confirmed a time-dependent anti proliferative effect of Spalax CM on HepG2 cancer cells (Figure 9E).

Spalax fibroblast-conditioned medium compromises cell cycle, causes nuclear and mitochondrial fragmentation in Hep3B cells. Hep3B cells were grown on cover slips under medium conditioned by Spalax or rat fibroblasts for seven days. Representative phase-contrast images demonstrating morphological changes (×200) are depicted. Cells were harvested and stained with PI, and cell cycles were analyzed by flow cytometry. Representative flow cytometry histograms of three independent experiments performed in duplicate are presented. Hep3B cells were stained with MitoTracker®Red, fixed with formaldehyde and counterstained with DAPI. Representative fluorescence microscopy images demonstrating nuclear and mitochondrial changes are present. White arrows point fragmented nuclei empty arrows point chromatin condensation. Scale bars represent 10 μm. PI, Propidium iodide.

Efecte ale Spalax , mouse and rat conditioned media on morphology and cell cycle progression in HepG2 cells. HepG2 cells were incubated under conditioned media for eight days thereafter, cell morphology was documented using phase contrast microscopy, harvested, stained with PI and analyzed by flow cytometry. Representative images (×200) and flow cytometry histograms are presented: (A) control media (B) rat CM (C) mouse CM (D) Spalax CM (E) BrdU incorporation assay: HepG2 were grown in 96-well plates (2000 cells/well) for four and seven days under Spalax-generated CM. BrdU Cell Proliferation ELISA (Exalpha) was used. Time-dependent decrease in cell proliferation under Spalax-generated CM is depicted. CM, Conditioned media PI, Propidium iodide.

Spalax normal fibroblasts inhibit colony formation in soft agar of the breast carcinoma cell lines MDA-MB-231 and MCF7 as well as Spalax-derived fibrosarcoma

To study whether soluble factors generated by Spalax fibroblasts may influence colony formation in soft agar, breast cancer cells were cultivated for three weeks in the absence or presence of Spalax fibroblasts (Figure 10). Spalax fibroblasts strongly reduced the formation of MDA-MB-231 colonies (Figure 10A,B). The ability of MDA-MB-231 to form large colonies was completely inhibited by Spalax fibroblasts (Figure 10C), while rat fibroblasts had no effect on colony formation (Figure 10A,B). Cells from another human breast cancer cell line, MCF-7, were incubated with monolayers of Spalax and mouse fibroblasts (Figure 10D). Remarkably, after 11 days, and compared to the control, more colonies were formed when human MCF7 cells were co-cultured with mouse fibroblasts, whereas a monolayer of Spalax fibroblasts significantly reduced MCF7 colony-formation.

Spalax fibroblasts suppress colony formation of human breast cancer cells MDA-MB-231 and MCF7 in soft agar. (A) MDA-MB-231 cells (5 × 10 3 cells) cells were suspended in 0.35% agar and added as the cancer cell top layer to base layer either empty (blank) or containing the Spalax or rat fibroblast monolayer. At Day 21, colonies larger than 50 μm were counted under an inverted microscope and photographed (×40). Representative microscopic images out of 15 fields are shown. (B) Average number of colonies counted in soft agar (n = 15). The experiment was performed in duplicate plates at least three times mean ± S.D. (C) A representative colony in soft agar was formed by MDA-MB-231 only, or by co-culturing with a Spalax fibroblast monolayer. The size bar shows equivalent magnification in both images (× 200). (D) MCF7 cells (5 × 10 3 cells) were grown in soft agar on top of a monolayer of mouse newborn (MNbF), or Spalax newborn fibroblasts (SpNbF) in 35-mm culture dishes. After 5 and 11 days of incubation colonies containing >20 cells were counted by using an inverted microscope (× 200), mean ± S.D.

Important, Spalax normal fibroblasts suppressed growth and colony formation of the homologous tumor, Spalax-derived fibrosarcoma (SpFS2240) (Figure 11). In contrast, both rat and mouse normal fibroblasts stimulated growth of Spalax tumor cells in soft agar (Figure 11A). Integrating the number of colonies and their total occupied area, calculated from five independent fields, revealed a 36% reduction when SpFS2240 were grown above a Spalax fibroblast monolayer compared to blank plates (Figure 11B, 2240 alone). In contrast, mouse and rat fibroblasts enhanced colony formation by factors of 1.7 and 2.1, respectively, compared to the blank plates (Figure 11B).

Efectul Spalax, rat and mouse fibroblasts on Spalax -derived fibrosarcoma cells colony formation. (A) SpFS2240 Cancer cells were grown in soft agar on top of monolayers of mouse, rat and Spalax fibroblasts. After three weeks, colonies were counted. At least 10 fields were recorded for each observation. Two representative images demonstrating effects of different fibroblasts on colony-formation are shown (×40). (B) Colony numbers and cumulative total colony area (μm 2 ) from five fields were calculated to demonstrate the effects of the fibroblasts monolayer on the cancer cell colony formation and growth.


Investigating Breast Cancer: The Underlying Biology of Drug Resistance

Advances in cancer therapy have dramatically contributed to the decline in breast cancer deaths over the last three decades. But even with these advances, drug resistance—when tumors stop responding to anti-cancer drugs—remains a serious clinical challenge. So how exactly do cancer cells evade the drugs designed to kill them? What's next in developing strategies to prevent or overcome drug resistance and improve outcomes in breast cancer patients? And what role can new technologies like liquid biopsies play?

In this episode of BCRF’s Investigating Breast Cancer, we talk to Dr. Sarat Chandarlapaty to answer these questions. Dr. Chandarlapaty is a laboratory head at the Human Oncology and Pathogenesis Program at the Memorial Sloan Kettering Cancer Center. He's also a BCRF Scientific Advisory Board member and has been a BCRF researcher since 2015.

Subscribe to Investigating Breast Cancer here:

Read the transcript below:

Chris Riback: Dr. Chandarlapaty, thank you for joining me. Îți apreciez timpul.

Dr. Sarat Chandarlapaty: Thank you, Chris. It's a pleasure to be here.

Chris Riback: Of course, I want to talk with you about resistance to therapy and the progress that you are making, that can be made, that you hope to make in those areas, but given our times, I think I should start and would love to start with a very brief Coronavirus update and really just in terms of what are you hearing? What are you hearing from the breast cancer community and what are you hearing from your patients?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, Chris, this is obviously an unprecedented time. As an oncologist, I think, I get these phone calls, really there are two sort of streams of questions. One is, "What can I do to avoid getting Coronavirus? I have breast cancer and I don't want to get Coronavirus," and then on the other side is, "Are we ignoring my breast cancer?" The answer to those, in some ways, competing questions is: "We're here to care for your breast cancer and to treat it as the disease that it is, but to recognize there's this unprecedented risk out there, and we do your care in a way that's tailored to this moment." But we're still very much in the business of trying to make sure that we offer the very best treatments for breast cancer.

Chris Riback: Let's talk about those treatments and let's talk about your research in particular. So your area of research I have seen described as solving the mysteries of drug resistance and improving response to targeted therapies. Is that how you think of it? Are you trying to solve a mystery?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, it's interesting, I mean, one of the first things we want to figure out about cancer is how can we cure it, how can we treat it and make those tumors shrink? And with breast cancer, we've solved a little of that problem, right? We've developed therapies over many years through the work of many, many people. We've developed some basic understandings of what makes some breast cancers tick and when I've come in, I've seen that and the question I struggle with is why does it work and then stop working? What is happening there?

Chris Riback: Yes.

Dr. Sarat Chandarlapaty: Because if we could just make those treatments work indefinitely, then I think we would have a far better solution. Yes, resistance lies at the heart of the research that I do.

Chris Riback: What defines or describes resistance to therapy? So for a lay person like me, we always hear about resistance, generally, I'll hear it in terms of antibiotics. "Don't take too many antibiotics, because you'll increase resistance to their effectiveness." Resistance in a tumor, resistance in breast cancer is something different.

Dr. Sarat Chandarlapaty: That's right. There are similarities to antibiotic resistance, but I would start by saying, there are two classes. First, there are cancers that we give a treatment to and those cancers clearly don't care. They just sort of proceed on as though we didn't treat them. That's a sort of intrinsic resistance and that's less common overall. Then there is the so called acquired resistance, that is a cancer that for six months, for three years, was treated with a drug and seemed to be well behaved under that regime, maybe shrunk some, and then suddenly started to grow, started to go into new places. That change in behavior is really the resistance that my lab has really focused in on, because it's so common— such a common occurrence for patients who have had, particularly, the more advanced breast cancers.

Chris Riback: How common is common? And I found myself wondering, are there any signs in advance, any commonalities where you kind of getting a hint that resistance might occur. So I guess, let's start with the beginning part, which is how common is it?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, so we think about it mainly in the setting of where patients have advanced disease, so called stage IV breast cancer, where cancer has spread outside of the breast, and we're predominantly treating with drugs, oral drugs, IV drugs.

Chris Riback: But has it metastasized because the resistance was there? Meaning, if the resistance didn't occur, it wouldn't have gotten to the state that you just described? And I know metastasis can occur for all sorts of reasons but when you're looking at it, are you talking about the type of metastasis that has occurred because there was a resistance in the first place or is there now resistance now that you're finding the cancer in the different organs?

Dr. Sarat Chandarlapaty: That's a good question and a little complicated. If a cancer presents for the first time, as a cancer that's not just in the breast but is in the breast and, say, the bone, that's a cancer that's never been exposed to a therapy, so it may have that so-called intrinsic resistance, but it certainly wouldn't have acquired resistance. It didn't get exposed to a therapy and change or adapt or evolve, but sometimes we actually do see that. We see a patient who presented with a primary breast cancer, had it removed surgically, received hormone therapy, for instance, and after years on hormone therapy, a breast cancer arises in a new site. And that's one that is resistant, did the resistance fuel its spread?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Probably not but we don't know if sometimes the resistant cancer takes on new properties that allow them to spread, but I tend to think of this, to answer more simply, as separate processes. The cancer spreads and the cancer that has spread is resistant .

Chris Riback: To therapies at that point?

Dr. Sarat Chandarlapaty: To therapy, right.

Chris Riback: And getting back, I think I might have cut you off in terms of how common is it, because I would assume that this is an area of concern for someone and I want to ask you about that in a moment, but how common is it?

Dr. Sarat Chandarlapaty: For cancers that have spread, that are stage IV or metastatic, most of them, I would say, on the order of 80 to 90 percent will eventually figure out and become resistant to the therapy we give. The timing of that is quite variable, and remarkably so. So for one patient, on a very common regimen of a hormone and a targeted therapy combined, one person, their cancer might respond and then develop resistance in six months, and another person treated with the same regimen with the same characteristics might respond and then develop resistance six years later. So one is six months, one is six years and that's obviously, there are some intrinsic property is different about those cancers and we want to understand that.

Chris Riback: And are there signs or is it like a light switch? Is that resistance gradual and from your perch, you can, you see it coming or is it sudden and all of sudden, one day it's working and the next day it's not?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Well, that's a really important question, whether we can develop technologies that can tell us when it's coming so that we can sort of be ahead of it. Right now, the standard way that we find this out is because we do serial imaging and blood tests like what we call tumor markers. Or we sort of listen to the patient for what symptoms might be happening and so it's somewhat crude that after three or four months, we'll see if the treatment's working. So things might be happening in a much earlier time point but we don't have ready access necessarily to technologies that can tell us about that, but if we could find it out earlier when it's just a few cells as opposed to a large number, then that may enable us to develop treatments that work better for the resistant cancers.

Chris Riback: Listening to you, I find myself, the word that keeps coming to my mind is uncertainty, and I'm thinking about kind of the emotional challenge of that. I'm imagining that you're working with patients who have already gone through what they have gone through and who like any of us would be looking for something that resembles . I put the word in quotes, "control" or "certainty," we all seek that in our lives and we probably can never have that, as I think maybe even this current pandemic is showing us. Having control over life is pretty tough to get, but I assume that's the goal but then there's this uncertainty that a certain percentage of cases, this resistance occurs and then there's the added uncertainty that the timing can be different. It's just emotionally, I would think this has to be something of a challenging area. Am I kind of imagining the situation correctly?

Dr. Sarat Chandarlapaty: No, I think you're right that we want to be able to have some understanding of the processes that are happening and not just that they're happening, but when they're happening and be able to plan accordingly and to have control. I agree, and having, I think, measures of what's happening, that are telling us about . in more detail whether someone is more likely to be, have a cancer that's in the type that's likely to develop resistance in six months versus 10 years can be helpful, particularly to the one who's in the 10 year group, right? And also gives us tools to be able to give us the insight that we might want to do something different for those that are more likely to be six months kind of group. I think understanding better that being able to make it a little more granular, I think is helpful for patients and it's helpful for obviously physicians as well.

Chris Riback: Now, this I assume is one of the hard parts in the quintessential $64,000 question which is why some tumors would be resistant. Maybe this is obvious but in looking at your research, and looking at the work that you've done, so I realize potentially, and maybe this is just simple question and I just wasn't getting it. But, for example, in the ER-positive patients, if the aromatase inhibitors, or that the inhibitors that prevent the production of estrogen and thereby starve the cancer of the fuel that ER-positive patients, that defines that, how does that cancer metastasize if it doesn't actually have the fuel that it needs to grow? I mean, I guess, is that the core of the question that you're trying to discover?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, what is it exactly that makes the cancer tick, and what allows it to start ticking again? You know, the two things that I think we've elaborated better is, first, that when the cancers for the ER-positive cancers that are treated with hormone therapy, and this is what we've worked a lot on, when they become resistant, they don't suddenly turn into a cancer that resembles a melanoma or a lung cancer, and starts looking for other sorts of fuel if you will. They actually try to reactivate that hormone program and the way they do that is just by developing mutations in the DNA, very specifically for those genes that work on estrogen program. And so they're addicted, in a way, to this program, and they try to reactivate it, rather than trying to turn themselves into something completely different.

Perhaps that's surprising but that's what, by learning that, we've then developed new drugs that can target that pathway in different ways. So if one hormone therapy doesn't work and it's because of mutation in the hormone pathway, then we can potentially use another drug, specifically in the hormone pathway, and that will work again. So it's targeting that core addiction of the cancer.

Chris Riback: I'm curious about liquid biopsies and I know many folks are curious about liquid biopsies. What should folks understand about how they work and how they should think about them or potentially could think about them in their own situations?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, it's a great question. This is a new area and didn't exist really 10 years ago. The idea that tumors secrete stuff into the blood, including their DNA and that can then be detected is really an amazing new technology, and it allows us potentially to understand properties of the cancer and follow them through blood tests rather through removing the tumor or biopsying the tumor. It isn't yet a complete replacement for tumor biopsies because there are things we can do with the tumor biopsy that we can't yet do with plasma. But we're increasingly learning much more of what we can do. It's an area that technology is developing quickly. I think research is going to enable us to use liquid biopsies to replace a lot of what we do with tumor biopsies in the future.

Dr. Sarat Chandarlapaty: It's a really important area of research because I think the upside of liquid biopsies is that it's relatively easy to collect things over time and as I mentioned, cancers evolve, cancers change, and we want to be able to track that. Moreover, the liquid may be sort of collecting from . if let's say a patient has a liver and a lung metastasis, well, the liquid, the blood is really sampling from both so we may be able to get information that's more comprehensive. So there are reasons why I think this is a very exciting technology, and I'm thankful that BCRF is helping to support research on it.

Chris Riback: Do you still remember what the reaction was? You presented that in San Antonio. It's, I think, about four and a half, five years ago, at this point. What was the reaction like for you around that work?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, I think people were very excited about the potential for this technology, and we just had another paper come out a month ago on following patients serially over time.

Chris Riback: Yes.

Dr. Sarat Chandarlapaty: On a clinical trial and seeing the evolution of the cancers through these liquid biopsies, through a blood test and just to know that we could use that to follow how the cancer was changing was really very powerful and we couldn't have done it otherwise.

Chris Riback: Yes, and the result of the most recent study was?

Dr. Sarat Chandarlapaty: That we saw these new mutations arise either in the estrogen receptor or in this other gene called P10. So this was a study where we were combining two drugs, an ER drug, and another drug, again, something called PI 3-kinase so a gene that's mutated in about 30 percent of breast cancers and this two-drug combination, which has been recently approved, we were finding that mutations were arising within a few months to either ER or PI3K and it told us that the cancer, if it could figure out even one of those two, that that might be sufficient to cause resistance and so we learned a lot about the timing of resistance and about the nature of it, what types of things were causing it.

Chris Riback: Yes.

Dr. Sarat Chandarlapaty: And so that's really informing us now about how to move ahead with a better sort of combination.

Chris Riback: Yes, I mean the liquid biopsy work can really guide treatment for women with metastatic breast cancer.

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, I think that's right. It can enable us to know what mutations are present, which can guide our therapies, and can tell us when, why things aren't working when they aren't and perhaps more in the future.

Chris Riback: And where's the heart of your research right now?

Dr. Sarat Chandarlapaty : Yes, there's two kinds of I'd say big streams of research that are going on in my lab. First, we are trying to understand: What is the full sort of program? That is, estrogen talks to the estrogen receptor, the estrogen receptor talks the cell cycle, the cell cycle talks to the transcription program. Now I know that's a lot of terminology but there's a program, it's not just one gene. It's a whole pathway to change a cell from normal to cancer. What are all those steps, and in a resistant cell, wherein those steps did they become resistant? Because that tells you where you can attack with another drug, maybe a second drug.

So we're trying to understand the program better so that we can deal with resistance because I think if you can give two drugs in the program, it's very hard for the cancer to outsmart that. If you can give three new drugs in the program, it's almost impossible for the drug to outsmart that, and we've learned that with anti-microbial resistance, anti-bacterial resistance, that if you can really target things in a way that make it harder for the cell to evolve out of, then they don't come up with the solutions, yes.

The second is what I just said, there's this evolution that's happening. The cancers are developing new mutations. They're changing. There's this whack-a-mole sort of phenomenon, right? You hit the cancer with one drug, and then another tumor pops up and then you hit that one with another drug, and another pops up. De ce? Because the cancer's evolving. It's changing and there's some basis for that. The other cells in our body aren't evolving, the cancer cells are evolving. How are they evolving, what's the process that's allowing them to change and adapt to our therapies? If we can figure that out, if we can develop anti-evolutionary sorts of medicines, then maybe we can just stick with the one drug and then block evolution.

Chris Riback: What's the hypothesis, what's the status of the anti-evolutionary drugs?

Dr. Sarat Chandarlapaty: We'll we're not at a drug stage yet, but we are increasingly understanding better, what are the sort of trajectories of cancers, how do they evolve. What we're doing is doing essentially a lot of human genome projects on cancer cells. We're doing lots and lot of DNA sequencing, not just once, but over time to say how did this cancer evolve, what were the changes? Then if you look back at those changes, you might interpret and understand what processes fueled them. So not in the realm of breast cancer commonly, but if you look at a lung cancer, you'll often see the imprints of smoking on the DNA. That is the types of mutations that smoking induces, leaves a signature. Similarly, if you look at melanomas, you will see an imprint or signature of UV sunlight damage and so we're looking for those kinds of imprints to tell us what kinds of things are changing. How is this cancer changing, compared to that one? Ultimately that’s leading us, I would say, to knowing the evolutionary process, and then we can go after it.

Chris Riback: And is the work you're describing, is this around the FoxA1 gene mutation? Is that the work that you're talking about right now or is that separate work?

Dr. Sarat Chandarlapaty: I'd say that's related. More of the work is on, for instance, this ESR1 mutation. Again, that's something that evolves. That doesn't happen at the beginning of breast cancer, that happens over time, typically with therapy. And another are these mutations in something like called FAT1, for instance, that's another one that seems to arise over time and the third one, I would say, is PTEN, that's another that we recently published on but these are all things that seem to be induced and not present necessarily at the very get-go.

Chris Riback: And is there any guidance or is there any practice, anything that you've seen where if the patients can do that can reduce risk of resistance or it's irrespective, that type of activity is just it's irrespective, just talk about another thing out of one's control. This is another that's out of one's control.

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, this is not something that it's because we ate something or because we exposed ourselves to this that we see these things happen. These are intrinsic to the cancer and unfortunately, no, this is sort of out of control, but also I would say, not something one also should blame themselves for, so to speak and sometimes people do that. They'll blame themselves, "Oh, I shouldn't have done this or that," and that's not the case. This is unfortunately just the nature of these cancers.

Chris Riback: Yes, I think that's an important lesson for all folks to keep in mind. About you, how did you get into this and I mean going back, where did you grow up? I saw that you were educated, I think, in North Carolina at Wake Forest and then maybe another school in North Carolina as well, but was it always science for you? Was it always research even going back before university? Was this always where you knew you would end up?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, I'd always had interest in science, and my father's a physician. He did nuclear medicine when I was growing up in Miami, so I was exposed to that from the get-go. Then in college, I was really fascinated by chemistry and biology and so I actually pursued a PhD in biochemistry as my first stop. I didn't go to medical school. Then while I was in my graduate training, working on yeast cell biology, we were studying this pathway and at the time we were studying this pathway, it was also being found that that same pathway that was controlling yeast mating, was also being mutated in cancers. I was like, "Wow, that's pretty interesting. The same exact pathway, same set of proteins, and it plays a role in some cancers. I wish our understandings could inform that." I think that's when I realized I wanted to have a medical research sort of bent towards what my career end. Then I went to medical school and always with the intent of really doing sort of patient-centered research.

Chris Riback: And you know that insight that you just had that inspired you, the seeing an activity in one area of work and of life and applying it or making it, having it make you wonder about another part. I've got to say, one of the most interesting things that I've learned in these conversations is how leading researchers like you connect work across cancers and across different types of medicine. Do you find that . I mean, I understand that was at a different stage in your life and you were taking one area of research, it was taking you in one direction, and it opened up a whole other door for you. Part of your work today, requires you to be aware of and interact with different types of cancers. Is it the same thing? Items that you're learning about one area of cancer is that helping inform your work in breast cancer as well?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, absolutely. I mean, I think, we've really benefited so much by that sort of multi-disciplinary approach to science, and so there are countless examples. I mean one huge area in cancer has been the sort of understanding of immunology and then the potential for using, understanding immunology toward developing immune based cancer therapeutics. That's now become its own field. I think a lot of these are sort of these bridge fields that as you study very carefully, one area, cell biology and then you study another area, you realize that some of the findings in one area will inform the other. So it's what's exciting, and it truly brings innovation to what we're doing.

Chris Riback: What role has BCRF played in your research?

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes, so BCRF has been really essential in, I'd say two big ways I think about right now. One is just giving me a platform to explore new and innovative ideas. So if we have an idea and want to try something, BCRF recognizes that the only way we're going to develop really new technologies, new treatments is the spark of an idea, and so BCRF, by the way, it funds us. Obviously wants us to find really rigorous and good science, but it wants us to do things that are a little outside the box, too.

Dr. Sarat Chandarlapaty: And so as an example developing technologies to study cancer via blood test as opposed to via tumor biopsy, that was something that, you know, I didn't have a great deal of prior work on but we had an idea, and others had the technology and we worked with them and just having that funding from BCRF, to be able to explore that allowed us to find, for instance, the ESR1 mutation, was something that we widely see in blood tests and now blood tests are being used a lot for following cancers. But early on, many years ago, that was not something that was I could get a lot of funding for, so to speak. So I think innovation is one big area.

Dr. Sarat Chandarlapaty: And the second is just providing a network of investigators who can help each other out. So if I need, I'm studying a type of cancer, well, someone else might be developing models and that's what they do. They're developing all sorts of different models, and they're BCRF investigators, so they'll give me access to all their models and that's happened multiple times for me where I didn't have the specific type of mutation in the cancer models I had, but a BCRF person had and so we're all on the same team in trying to collaborate. That's been really a phenomenal resource for my lab and our work.

Chris Riback: Well, thank you, thank you for that collaboration.

Dr. Sarat Chandarlapaty: Yes.

Chris Riback: Thank you for the work that you do in your lab and every day.

Dr. Sarat Chandarlapaty: Thank you. Thanks for the chance to talk about all this.


Priveste filmarea: Dr Cosmin Pop despre cancerul de colon 1 (Ianuarie 2022).