_ Geologii, biologii descoperă amprentele atomice ale cancer

Oamenii de știință de la Universitatea din Colorado Boulder și Universitatea Princeton au folosit, pentru prima dată, un instrument folosit adesea în geologie pentru a detecta amprentele atomice ale cancerului.

Într-un caz de medicină se întâlnește cu știința Pământului, cercetătorii au descoperit că celulele canceroase pot fi făcute dintr-un sortiment diferit de atomi de hidrogen decât țesutul sănătos. Descoperirile le-ar putea oferi medicilor noi strategii pentru a studia modul în care cancerul crește și se răspândește – și poate chiar, într-o zi, să conducă la noi modalități de a detecta cancerul la începutul corpului.

Echipa, condusă de geochimistul CU Boulder. Ashley Maloney, a publicat concluziile în Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Acest studiu adaugă un strat cu totul nou medicinei, dându-ne șansa de a privi cancerul la nivel atomic”, a spus Maloney. , un asociat de cercetare în cadrul Departamentului de Științe Geologice.

Ea a explicat că, în natură, hidrogenul vine în două arome principale, sau izotopi. Unii atomi de hidrogen, numiți deuteriu, sunt puțin mai grei, în timp ce alții, cunoscuți de obicei doar sub numele de hidrogen, sunt puțin mai ușori. Pe Pământ, atomii de hidrogen depășesc numărul atomilor de deuteriu cu un raport de aproximativ 6.420 la unu.

De zeci de ani, oamenii de știință din mai multe domenii s-au orientat către distribuția naturală a acestor atomi pentru a dezvălui indicii despre istoria noastră. planetă. Oamenii de știință climatologic, de exemplu, examinează atomii de hidrogen prinși în gheața de pe Antarctica pentru a deduce cât de fierbinte sau rece era Pământul cu sute de mii de ani în urmă.

În noul studiu, Maloney și colegii ei s-au întrebat: ar putea aceiași atomi minusculi oferă indicii despre viața unor organisme biologice complexe?

Pentru a afla, echipa a crescut culturi de drojdie și celule hepatice de șoarece în laborator, apoi le-a analizat atomii de hidrogen. Echipa a descoperit că celulele care cresc foarte repede, cum ar fi celulele canceroase, conțin un raport mult diferit de hidrogen față de atomii de deuteriu. Gândiți-vă la asta ca la un cancer care lasă o amprentă pe clanța unei scene crimei.

Cercetarea este încă în fazele sale incipiente, iar echipa nu este sigură cum ar putea apărea sau nu acest semnal în corpurile pacienților adevărați cu cancer. Dar potențialul ar putea fi mare, a spus Sebastian Kopf, coautor al studiului și profesor asistent în științe geologice.

„Șansele tale de supraviețuire sunt mult mai mari dacă prindeți cancer devreme”. spuse Kopf. „Dacă acest semnal izotopic este suficient de puternic încât să-l poți detecta printr-un test de sânge, asta îți poate oferi un indiciu important că ceva nu este în regulă.”

Studiul se concentrează pe un concept care a intrigat cancerul. cercetători de ani de zile: metabolism.

În condiții normale, celulele organismelor precum drojdia și animalele generează energie printr-un proces numit respirație, în care preiau oxigen și eliberează dioxid de carbon. Dar nu este singurul mod de a obține un nivel ridicat de zahăr. Coloniile de drojdie de brutărie (Saccharomyces cerevisiae), de exemplu, pot produce energie prin fermentație, în care organismele descompun zaharurile fără ajutor de la oxigen și produc alcool. Este același proces care îți dă bere.

„La oameni, dacă un atlet are performanță dincolo de limita lor aerobă, mușchii lor vor începe și să fermenteze, ceea ce nu folosește oxigen”, a spus Kopf. „Aceasta vă oferă un impuls rapid de energie.”

După ce se dovedește, multe celule canceroase își alimentează și creșterea printr-o strategie similară de îmbogățire rapidă.

Oamenii de știință au căutat de mult timp. pentru mai multe moduri de a urmări aceste modificări metabolice în celulele canceroase. Maloney, care a condus noul studiu în calitate de bursier postdoctoral Harry Hess la Princeton, și consilierul ei Xinning Zhang au dezvoltat o idee: Urmăriți hidrogenul.

Astăzi, Maloney gestionează Laboratorul de izotopi stabile a sistemelor terestre din CU Boulder, una dintre cele peste 20 de facilități principale din campus. Ca studentă absolventă, ea a explorat atomii de hidrogen din algele din insulele tropicale. Lucrarea ei actuală a fost inspirată de o sursă improbabilă: tatăl ei, un dermatolog.

„El scoate celulele canceroase de piele de pe oameni tot timpul”, a spus Maloney. „M-am întrebat cum ar putea fi diferit metabolismul acelor celule de celulele care cresc lângă ele.”

Pentru a înțelege această întrebare, este de ajutor să știm cum se ajunge hidrogenul în celule, în primul rând. În unele cazuri, acești atomi provin dintr-o enzimă greu de pronunțat, dar de importanță critică, cunoscută sub numele de nicotinamidă adenin dinucleotide fosfat (NADPH). Printre numeroasele sale roluri în celule, NADPH colectează atomi de hidrogen, apoi îi transmite altor molecule în procesul de producere a acizilor grași, un element de bază important pentru viață.

NADPH, totuși, nu se bazează întotdeauna din același bazin de hidrogen. Cercetările anterioare conduse de Zhang și concentrate pe bacterii au sugerat că, în funcție de ceea ce fac alte enzime dintr-o celulă, NADPH poate folosi uneori diferiți izotopi de hidrogen mai mult sau mai puțin des.

Ceea ce a ridicat întrebarea: dacă cancerul reconecta. metabolismul unei celule, ar putea modifica și modul în care NADPH își obține hidrogenul, modificând în cele din urmă componența atomică a unei celule?

Pentru a începe să afle, cercetătorii au instalat borcane pline cu colonii înfloritoare de drojdie în laboratoarele de la Princeton și CU Boulder. Separat, biologii de la Princeton au efectuat un experiment cu colonii de celule hepatice de șoarece sănătoase și canceroase. Apoi, cercetătorii au scos acizii grași din celule și au folosit o mașină numită spectrometru de masă pentru a identifica raportul dintre atomii de hidrogen din interior.

„Când am început studiul, m-am gândit: „Oh, avem un șansa de a vedea ceva misto'”, a spus Maloney. „A ajuns să creeze un semnal uriaș, la care nu mă așteptam.”

Celulele de drojdie care fermentau, genul care seamănă cu cancerul, conțineau în medie cu aproximativ 50% mai puțini atomi de deuteriu decât celulele normale de drojdie, un schimbare uluitoare. Celulele canceroase au prezentat o lipsă similară, dar nu la fel de puternică, de deuteriu.

Zhang, autorul principal al studiului și profesor asistent de geoștiințe la Princeton, și-a pierdut propriul tată din cauza cancerului. Ea speră că rezultatele ar putea ajuta într-o zi familii ca a ei.

„Cancerul și alte boli sunt, din păcate, o temă uriașă în viața multor oameni. Vederea datelor lui Ashley a fost un moment special și profund”, Zhang. a spus. „A însemnat că un instrument folosit pentru a urmări sănătatea planetară ar putea fi, de asemenea, aplicat pentru a urmări sănătatea și bolile în forme de viață, sperăm într-o zi la oameni. Crescând într-o familie provocată de cancer, sper să văd această zonă extinsă.”

(Fluierul)