ابتكر باحثون في جامعة كولومبيا للهندسة ومركز إيرفينغ الطبي بجامعة كولومبيا، طريقة جديدة لتسلسل الحمض النووي الريبي تحقق نتائج عالية الجودة من كميات صغيرة من عينات الورم المجمدة. لقد أظهروا نجاح أسلوبهم في دراستين سريريتين حددتا العشرات من عينات الورم، سواء تلك المحفوظة أو التي تم جمعها حديثاً، لفهم كيفية استجابة هذه العينات للعلاج المضاد للورم.
كان استخدام تسلسل الحمض النووي الريبي لقياس التعبير الجيني بدقة الخلايا المفردة أحد أكثر الأدوات تحويلاً لدراسة الأنسجة السرطانية على مدار العقد الماضي. من خلال فحص الحمض النووي الريبي للخلايا الفردية، يمكن للباحثين فهم تنوع الخلايا داخل الورم بشكل أفضل، وكذلك كيفية نمو هذه الخلايا السرطانية وتفاعلها مع الخلايا المناعية. هذه عوامل مهمة لفهم السمات المميزة لتطور السرطان ومقاومة السرطان للعلاج - وكلاهما مفتاح تطوير علاجات جديدة للسرطان.
كان العائق الرئيسي أمام التبني الواسع النطاق لتسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية في تدفقات العمل السريرية التقليدية، هو حجم الأنسجة الطازجة المطلوبة - أكثر بكثير مما يتم جمعه بشكل روتيني للأغراض السريرية. والحاجة إلى أنسجة جديدة تعني أنه يجب تحليل العينات على الفور بمجرد جمعها. حدت هذه المتطلبات بشكل كبير من التحليلات العلمية التي يمكن إجراؤها على عينات المرضى.
تقنية جديدة ناجحة
بالتركيز على التغلب على هذه الحواجز، ابتكر فريق كولومبيا طريقة تسلسل جديدة أعطت أفضل النتائج من كمية صغيرة من عينات الورم المجمدة. عادة ما يتم جمعها أثناء التجارب السريرية وتخزينها في البنوك الحيوية، وقد تشمل هذه العينات أنسجة من سرطانات نادرة ومرضى لديهم تاريخ فريد أو عوامل خطر. إن قدرة التقنية الجديدة على تحديد تسلسل هذه الأنواع من العينات تزيد بشكل كبير من عدد وتنوع عينات الورم المتاحة للتحليل العلمي.
قال إلهام عزيزي، الأستاذ المساعد في الهندسة الطبية الحيوية وهربرت وفلورنس إيرفينغ، الأستاذ المساعد لأبحاث بيانات السرطان في معهد إيرفينغ لديناميات السرطان، الذي شارك في الإشراف على هذه الدراسة مع بنيامين إيزار: نحن متحمسون جداً لهذا العمل وإمكاناته. إيزار هو أستاذ مساعد في الطب في مركز هربرت إيرفينغ الشامل للسرطان.
أوضح عزيزي: القدرة على العمل من العينات المجمدة تفتح الباب أمام تعاون متعدد المؤسسات من شأنه أن يدفع باكتشاف المؤشرات الحيوية وأهداف الأدوية. كما أنه يمنحنا الفرصة لتطبيق تقنيات حسابية متطورة في تحليل وتكامل البيانات السريرية غير المؤمّنة.
وأضاف إيزار: ولأن طريقتنا لا تتطلب سوى كمية دقيقة من الأنسجة، يمكن استخدام ما تبقى من العينة لإجراء دراسات إضافية. وهذا حقاً مكسب للباحثين والأطباء، والأهم من ذلك، فهو مكسب واعد لمرضانا.
إن نتائج الدراسة توسع فهم تطور السرطان حيث أنتجت الدراسة الجديدة التي قادها المتدربون في معامل إيزار وعزيزي، نتائج من تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية، وتسلسل مستقبلات الخلايا التائية أحادية الخلية، وتسلسل الجينوم الكامل، وتسلسل الحمض النووي الريبي المكاني. (طريقة مبتكرة لتسلسل الحمض النووي الريبي تحافظ على بنية الورم في الموقع) - تُجرى جميع هذه التسلسلات على نفس العينات.
من خلال القدرة على ربط الأنماط المتعددة لبيانات السرطان، قدم الباحثون رؤية شاملة للتغييرات الجينية والوظائف الخلوية وديناميكيات الخلايا المناعية والتوطين المكاني للخلايا في سياق أنسجة المريض. وسعت هذه التحسينات بشكل كبير فهمهم لتطور السرطان وآليات مقاومة الخلايا السرطانية المعندة لأنواع العلاجات الشائعة.
يقوم الفريق الآن بتطبيق تقنياتهم التجريبية والحاسوبية الجديدة لتحليل مجموعات إكلينيكية أكبر. حيث تمكنهم البيانات التي تم جمعها من دراسة تطور المرض بشكل أفضل وفحص تأثير العلاجات في التجارب السريرية في سرطان الجلد بالإضافة إلى أنواع السرطان الأخرى.
أداة حسابية جديدة
في موازاة ذلك، يعمل الباحثون أيضاً على تطوير أداة حسابية مبتكرة للتحليل التكاملي المنهجي لبيانات الجينوم الكاملة وتسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية، تسمى ECHIDNA. يتوقعون أن تكون خوارزمية التعلم الآلي هذه أساسية في فهم العلاقة بين التغيرات الجينية (النمط الجيني) والوظيفة الخلوية (النمط الظاهري) في الخلايا السرطانية، وسوف يتم تطبيقها على مجموعة أكبر من مرضى سرطان الجلد من أجل توصيف الآليات المتنوعة لمقاومة العلاج. سيشمل العمل المستقبلي أيضاً بناء طرق حسابية جديدة لدمج هذه البيانات في السياق المكاني لشريحة الأنسجة من أجل توصيف الديناميات المكانية لتفاعلات الخلايا السرطانية - المناعية.
أشار إيزار: بالإضافة إلى فهم الأنسجة السرطانية، تتيح طريقتنا أيضاً دراسة استجابة الأنسجة ومناعة الأنسجة في أمراض أخرى. في الماضي، استخدمنا نسخة سابقة من الطريقة المقدمة هنا لدراسة استجابة الأنسجة لعدوى COVID-19 المميتة عبر أعضاء متعددة. وهذا يوضح مثالاً للتطورات التي نشأت في أبحاث السرطان والتي يمكن أن تدفع أبحاث علوم الحياة بشكل عام.
----