SG.hu·
A biológia helyett a fizika győzi le a rákot?
Elképesztő mennyiségű pénzt öltek bele a rákkutatásokba, igazi áttörés nélkül. Egy fizikus szerint más irányból kellene felvenni a küzdelmet.
Paul Davies fizikus és asztrobiológus hazájában, az Egyesült Államokban jelentős költségvetési megszorításokra lehet számítani, amik jelentősen érintik az egészségügyet is. A megnyirbálandó lista csúcsán a rákterápia költségei szerepelnek drága orvosságaikkal, melyek alig, vagy egyáltalán nem érnek el eredményt. A rákkutatás dollármilliárdokat nyel el minden egyes évben, azoknak az élettartama azonban, akiknél daganatos megbetegedést diagnosztizáltak, alig nőtt az elmúlt évtizedekben. Maga a terápia gyakran egy ötletszerű, utólagos kísérlet az elkerülhetetlennel szemben, egy általános gyógymód pedig még ma is ugyanolyan elérhetetlennek tűnik, mint a kutatások kezdetekor.
A patthelyzetet felismerve az Egyesült Államok Nemzeti Rákkutató Intézete (NCI) egy merész lépésre szánta el magát 2008-ban, bevonva a kutatásokba a matematika és a fizika tudósait is, akik módszereiket és megközelítésüket tekintve is eltérnek a rákbiológusoktól. Összességében a tudomány története arról tanúskodik, hogy a nagy előrelépések a fogalmi alapok felülvizsgálata után következtek be. "Talán azért lassú az előre haladás, mert rossz irányból közelítjük meg a problémát?" - tette fel magának a kérdést az NCI. Ennek kiderítése érdekében az Intézet 12 onkológiai központot hozott létre, melyek az elmúlt 4 év során egyre több érdekességgel és eddig ismeretlen ténnyel szolgáltak, többek közt bemutatva, hogyan változnak a sejtek elasztikus tulajdonságai a rák kiteljesedésével. Az egyik ilyen központ főfelügyelője Davies is, ami az Arizona Állami Egyetemen kapott helyet.
A 19. században az élő organizmusokat egyfajta mitikus tisztelet övezte, idővel azonban a biológusok felismerték, hogy a sejtek nem valamiféle varázslat részei, hanem kémiai reakciók útvonalainak összetett hálózatai. Ezt követte a genetikai forradalom, ami az életet kódokkal és jelzésekkel az utasítások nyelvére fordította. A mai kutatások szinte teljes egészében a kémiai útvonalakra, vagy a genetikai szekvenálásokra összpontosítanak. A gyógyszerek többsége a reakciók útvonalait igyekeznek blokkolni, emellett több terabájtnyi adathalmazként rendelkezésünkre áll egy rák génállomány atlasz is, melyben a kutatók lázasan keresnek valamilyen mutációs sémát, csupán a nagy áttörés várat magára.
De vajon miért? A kutatóknak alapvető akadályokkal kell szembe nézniük. "Az élő sejtek, beleértve a ráksejteket, a komplexitás végtelen útvesztői, emellett a ráksejtek közismerten heterogének" - magyarázta Davies. "Ha minden ráktípus minden útvonalát ki akarjuk bogozni az még további évtizedeket és dollármilliárdokat jelent, miközben az ok és okozat lineáris láncolatai ritkán működnek a biológiában, így klinikailag igen kicsi lenne a hatása egy ilyen irányzatnak"
Van azonban egy másik módszer is. Azon túl, hogy kémiai csomagok és információ feldolgozó rendszerek, a sejtek fizikai objektumok is, olyan tulajdonságokkal, mint tömeg, méret, alak, rugalmasság, szabad energia, felületi tapadás és elektromos potenciál. A ráksejtekben pumpák, karok és emelőrendszerek működnek, olyan tartozékok, ami a fizikusoknak és a mérnököknek többet elárulnak, mint a biológusoknak. Mitöbb, a tulajdonságok többsége jelen ismereteink szerint szisztematikusan változik a rosszindulatú daganatok terjedésével.
"Mindenekelőtt el kellene vonatkoztatni a gyógyítás fogalmától és a rák kontrollálásában vagy irányításában kellene gondolkozni" - tanácsolja Davies. "Akárcsak az öregedés, a rák sem annyira kór, mint folyamat, és ahogy az öregedés hatásai is mérsékelhetők a folyamat teljes körű ismerete nélkül. Ugyanez igaz lehet a rákra is"
Sok forrás félrevezetően gonosz sejtek ámokfutásaként írja le a rákot. Valójában, ha a rákot egyszer kiváltja valami, a viselkedése általában nagyon is kiszámítható. A halált jellemzően nem az elsődleges daganatok okozzák, a rák terjedése és más szervek "kolonizálása" vezet a beteg állapotának rohamos hanyatlásához. Ez az úgynevezett metasztázis, vagyis áttét igen jól jellemezhető fizikai folyamat, még ha nagyon szegényesek is az ismereteink róla. A sejtek az elsődleges daganattól elkezdenek a véredényekben vándorolni, melyekbe az érfalak repedésein áthatolva jutnak be.
Az áramlással sodródva az érrendszerben cirkulálnak, néha egyénileg, néha csapatokba verődve. A vándorlók egy része parányi véredényekben ragad, vagy az érfal mentén sodródva szépen lassan eljutnak a legközelebbi szervig. "A folyamatban a sejtek fizikai tulajdonságai és alakja drasztikus változásokon mehet át. A rákos sejtek általában lágyak és alaktalanok ugyanazon sejttípus egészséges példányaihoz viszonyítva" - taglalta Davies. "Ez az átalakulás hatással lehet mozgékonyságukra és növelheti invazív képességeiket. A rákos sejtek rendkívüli tehetséggel építenek ki fészkeket az idegen szövetekben, megváltoztatva a gazda szervet támogató extracelluláris mátrix szerkezetét és fizikai tulajdonságait, összegyűjtve a helyi egészséges sejteket. Ezek arra is utalnak, hogy az elsődleges daganat kémiai jeleket bocsáthat ki, hogy előkészítse a fizikai és kémiai terepet a kolonizáló sejtek számára."
Bár az áttét pokolian hatékonynak tűnik, a legtöbb rákos sejt soha nem okoz bajt. "Többségük elpusztul, míg a túlélők éveken vagy akár évtizedeken át képesek szunnyadni vagy egyénileg, csendesen a csontvelőben, vagy mikroáttétekkén a szövetekben, mielőtt újra burjánzásnak indulnának másodlagos tumorokat alkotva" - mondta Davies. "Ennek köszönhető, hogy sokaknál, akik túlélték a rákot és az elsődleges daganatot eltávolították, évek vagy évtizedek múltán visszatér ugyanaz a ráktípus egy jóval rosszindulatúbb változata"
A rák terjedése számos lehetőséget ad a klinikai beavatkozásra a hagyományos terápiákon túl is. Például, ha a lappangási időszakot meg lehetne növelni - mondjuk ötszörösére -, akkor akár el is felejthetnénk a mell-, vastagbél- és prosztata rákot. Hogyan lehetne ezt elérni? "Nem kell ismernünk a rákos sejtek legapróbb titkait ahhoz, hogy kidolgozzuk, hogyan kontrollálhatnánk az általános viselkedésüket" - mondta Davies. Ismert tény, hogy a sejtek a gének tevékenységét nem csupán kémiai jelek eredményeként, de mikrokörnyezetük fizikai tulajdonságaikból adódóan is szabályozzák. Képesek érzékelni olyan erőket, mint a közeli szövetek nyírófeszültsége és rugalmassága. Reagálnak a hőmérsékletre, az elektromos mezőkre, kémhatásra, nyomásra és oxigénkoncentrációra. Ezek a változók mind egy-egy lehetőséget nyújtanak a rákos sejtek terjedésének meggátolására és a folyamat stabilizálására. Több orvos is próbálkozott már például oxigén terápiával, a beteget egy magasnyomású kamrába helyezve, amit tiszta oxigénnel töltöttek fel, mivel az hatással van a rákos sejtek metabolizmusára.
Davies javaslata szerint más jellegű biológusokat is be kellene vonni a rákkutatásba - végül is a rák gyakori jelenség az emlősök, a halak, hüllők, sőt még a növények körében is, ami egyértelműen azt jelzi, hogy a többsejtű élet evolúciójának szerves részévé vált az utolsó egymilliárd évet tekintve.
A legtöbb normális sejt látszólag születésétől magába foglal egy "rák-szubrutint", ami különböző események hatására működésbe léphet. "Ugyanolyan fontos, hogy megismerjük ezt az evolúciós eredetet, mint a kiváltó mechanizmusokat" - összegzett Davies. "Ezen felül jó ideje tudjuk, hogy sok hasonlóság van a rák és az embrió fejlődésében, és egyre több bizonyíték van arra is, hogy egyes gének, amik az embriógenezis során kifejeződnek, újraélednek a rákban"
Jelenleg rengeteg technikai adat áll a kutatók rendelkezésére, amiből azonban csak egészen keveset értenek. A koncepciók újraalkotásával azonban legalább azt megláthatják, hogyan mérhetnek komoly csapást egy rettegett betegség kicselezésére, ami ma már gyakorlatilag minden családot érint a világon.
Paul Davies fizikus és asztrobiológus hazájában, az Egyesült Államokban jelentős költségvetési megszorításokra lehet számítani, amik jelentősen érintik az egészségügyet is. A megnyirbálandó lista csúcsán a rákterápia költségei szerepelnek drága orvosságaikkal, melyek alig, vagy egyáltalán nem érnek el eredményt. A rákkutatás dollármilliárdokat nyel el minden egyes évben, azoknak az élettartama azonban, akiknél daganatos megbetegedést diagnosztizáltak, alig nőtt az elmúlt évtizedekben. Maga a terápia gyakran egy ötletszerű, utólagos kísérlet az elkerülhetetlennel szemben, egy általános gyógymód pedig még ma is ugyanolyan elérhetetlennek tűnik, mint a kutatások kezdetekor.
A patthelyzetet felismerve az Egyesült Államok Nemzeti Rákkutató Intézete (NCI) egy merész lépésre szánta el magát 2008-ban, bevonva a kutatásokba a matematika és a fizika tudósait is, akik módszereiket és megközelítésüket tekintve is eltérnek a rákbiológusoktól. Összességében a tudomány története arról tanúskodik, hogy a nagy előrelépések a fogalmi alapok felülvizsgálata után következtek be. "Talán azért lassú az előre haladás, mert rossz irányból közelítjük meg a problémát?" - tette fel magának a kérdést az NCI. Ennek kiderítése érdekében az Intézet 12 onkológiai központot hozott létre, melyek az elmúlt 4 év során egyre több érdekességgel és eddig ismeretlen ténnyel szolgáltak, többek közt bemutatva, hogyan változnak a sejtek elasztikus tulajdonságai a rák kiteljesedésével. Az egyik ilyen központ főfelügyelője Davies is, ami az Arizona Állami Egyetemen kapott helyet.A 19. században az élő organizmusokat egyfajta mitikus tisztelet övezte, idővel azonban a biológusok felismerték, hogy a sejtek nem valamiféle varázslat részei, hanem kémiai reakciók útvonalainak összetett hálózatai. Ezt követte a genetikai forradalom, ami az életet kódokkal és jelzésekkel az utasítások nyelvére fordította. A mai kutatások szinte teljes egészében a kémiai útvonalakra, vagy a genetikai szekvenálásokra összpontosítanak. A gyógyszerek többsége a reakciók útvonalait igyekeznek blokkolni, emellett több terabájtnyi adathalmazként rendelkezésünkre áll egy rák génállomány atlasz is, melyben a kutatók lázasan keresnek valamilyen mutációs sémát, csupán a nagy áttörés várat magára.
De vajon miért? A kutatóknak alapvető akadályokkal kell szembe nézniük. "Az élő sejtek, beleértve a ráksejteket, a komplexitás végtelen útvesztői, emellett a ráksejtek közismerten heterogének" - magyarázta Davies. "Ha minden ráktípus minden útvonalát ki akarjuk bogozni az még további évtizedeket és dollármilliárdokat jelent, miközben az ok és okozat lineáris láncolatai ritkán működnek a biológiában, így klinikailag igen kicsi lenne a hatása egy ilyen irányzatnak"
Van azonban egy másik módszer is. Azon túl, hogy kémiai csomagok és információ feldolgozó rendszerek, a sejtek fizikai objektumok is, olyan tulajdonságokkal, mint tömeg, méret, alak, rugalmasság, szabad energia, felületi tapadás és elektromos potenciál. A ráksejtekben pumpák, karok és emelőrendszerek működnek, olyan tartozékok, ami a fizikusoknak és a mérnököknek többet elárulnak, mint a biológusoknak. Mitöbb, a tulajdonságok többsége jelen ismereteink szerint szisztematikusan változik a rosszindulatú daganatok terjedésével.
"Mindenekelőtt el kellene vonatkoztatni a gyógyítás fogalmától és a rák kontrollálásában vagy irányításában kellene gondolkozni" - tanácsolja Davies. "Akárcsak az öregedés, a rák sem annyira kór, mint folyamat, és ahogy az öregedés hatásai is mérsékelhetők a folyamat teljes körű ismerete nélkül. Ugyanez igaz lehet a rákra is"
Sok forrás félrevezetően gonosz sejtek ámokfutásaként írja le a rákot. Valójában, ha a rákot egyszer kiváltja valami, a viselkedése általában nagyon is kiszámítható. A halált jellemzően nem az elsődleges daganatok okozzák, a rák terjedése és más szervek "kolonizálása" vezet a beteg állapotának rohamos hanyatlásához. Ez az úgynevezett metasztázis, vagyis áttét igen jól jellemezhető fizikai folyamat, még ha nagyon szegényesek is az ismereteink róla. A sejtek az elsődleges daganattól elkezdenek a véredényekben vándorolni, melyekbe az érfalak repedésein áthatolva jutnak be. Az áramlással sodródva az érrendszerben cirkulálnak, néha egyénileg, néha csapatokba verődve. A vándorlók egy része parányi véredényekben ragad, vagy az érfal mentén sodródva szépen lassan eljutnak a legközelebbi szervig. "A folyamatban a sejtek fizikai tulajdonságai és alakja drasztikus változásokon mehet át. A rákos sejtek általában lágyak és alaktalanok ugyanazon sejttípus egészséges példányaihoz viszonyítva" - taglalta Davies. "Ez az átalakulás hatással lehet mozgékonyságukra és növelheti invazív képességeiket. A rákos sejtek rendkívüli tehetséggel építenek ki fészkeket az idegen szövetekben, megváltoztatva a gazda szervet támogató extracelluláris mátrix szerkezetét és fizikai tulajdonságait, összegyűjtve a helyi egészséges sejteket. Ezek arra is utalnak, hogy az elsődleges daganat kémiai jeleket bocsáthat ki, hogy előkészítse a fizikai és kémiai terepet a kolonizáló sejtek számára."
Bár az áttét pokolian hatékonynak tűnik, a legtöbb rákos sejt soha nem okoz bajt. "Többségük elpusztul, míg a túlélők éveken vagy akár évtizedeken át képesek szunnyadni vagy egyénileg, csendesen a csontvelőben, vagy mikroáttétekkén a szövetekben, mielőtt újra burjánzásnak indulnának másodlagos tumorokat alkotva" - mondta Davies. "Ennek köszönhető, hogy sokaknál, akik túlélték a rákot és az elsődleges daganatot eltávolították, évek vagy évtizedek múltán visszatér ugyanaz a ráktípus egy jóval rosszindulatúbb változata"
A rák terjedése számos lehetőséget ad a klinikai beavatkozásra a hagyományos terápiákon túl is. Például, ha a lappangási időszakot meg lehetne növelni - mondjuk ötszörösére -, akkor akár el is felejthetnénk a mell-, vastagbél- és prosztata rákot. Hogyan lehetne ezt elérni? "Nem kell ismernünk a rákos sejtek legapróbb titkait ahhoz, hogy kidolgozzuk, hogyan kontrollálhatnánk az általános viselkedésüket" - mondta Davies. Ismert tény, hogy a sejtek a gének tevékenységét nem csupán kémiai jelek eredményeként, de mikrokörnyezetük fizikai tulajdonságaikból adódóan is szabályozzák. Képesek érzékelni olyan erőket, mint a közeli szövetek nyírófeszültsége és rugalmassága. Reagálnak a hőmérsékletre, az elektromos mezőkre, kémhatásra, nyomásra és oxigénkoncentrációra. Ezek a változók mind egy-egy lehetőséget nyújtanak a rákos sejtek terjedésének meggátolására és a folyamat stabilizálására. Több orvos is próbálkozott már például oxigén terápiával, a beteget egy magasnyomású kamrába helyezve, amit tiszta oxigénnel töltöttek fel, mivel az hatással van a rákos sejtek metabolizmusára.
Davies javaslata szerint más jellegű biológusokat is be kellene vonni a rákkutatásba - végül is a rák gyakori jelenség az emlősök, a halak, hüllők, sőt még a növények körében is, ami egyértelműen azt jelzi, hogy a többsejtű élet evolúciójának szerves részévé vált az utolsó egymilliárd évet tekintve.
A legtöbb normális sejt látszólag születésétől magába foglal egy "rák-szubrutint", ami különböző események hatására működésbe léphet. "Ugyanolyan fontos, hogy megismerjük ezt az evolúciós eredetet, mint a kiváltó mechanizmusokat" - összegzett Davies. "Ezen felül jó ideje tudjuk, hogy sok hasonlóság van a rák és az embrió fejlődésében, és egyre több bizonyíték van arra is, hogy egyes gének, amik az embriógenezis során kifejeződnek, újraélednek a rákban"Jelenleg rengeteg technikai adat áll a kutatók rendelkezésére, amiből azonban csak egészen keveset értenek. A koncepciók újraalkotásával azonban legalább azt megláthatják, hogyan mérhetnek komoly csapást egy rettegett betegség kicselezésére, ami ma már gyakorlatilag minden családot érint a világon.