Kiedy chrząszcze sosnowe zaatakowały lasy Ameryki Północnej, wytrąciły delikatny ekosystem z równowagi. Komórki rakowe również zachowują się jak niszczące gatunki inwazyjne. Zdjęcie użytkownika Flickr, Kneale Quayle
Czasami myślenie o starym problemie z nowej, odświeżającej perspektywy jest po prostu rzeczą potrzebną do znalezienia tego momentu eureki.
Rak, jedna z najbardziej znanych chorób medycznych, był intensywnie badany w obecnej erze współczesnej medycyny. Jednak coraz większa liczba naukowców uważa, że zastosowanie świeżego, nieszablonowego podejścia do zrozumienia choroby może prowadzić do nowych odkryć i być może rozwiązań. Temat, który ich zdaniem może służyć jako okno do badań nad rakiem, może cię zaskoczyć: ekologia.
Jeśli chodzi o wartość nominalną, onkologia i ekologia wydają się bardzo różne. Po pierwsze, jedna jest zlokalizowana w określonych komórkach ciała, a druga z definicji obejmuje cały glob. Ale zamiast oznaczać raka jako grupę zmutowanych komórek, zgodnie z myśleniem, powinniśmy postrzegać raka jako zakłócenie równowagi złożonego mikrośrodowiska w ludzkim ciele. Niczym niszczycielski inwazyjny chrząszcz, który przedziera się przez lasy w Kolorado, nowatorska choroba wybuchająca w populacjach dzikich ptaków lub drwale koszące części lasów deszczowych Amazonii, rak rzuca kluczem małpy w spokojny, zrównoważony system.
Ten sposób myślenia sprawia, że rak wydaje się jeszcze bardziej złożony niż jest obecnie, ale może zapewnić spostrzeżenia, które ostatecznie czynią raka bardziej uleczalnym, proponują badacze z Moffet Cancer Center w artykule opublikowanym w czasopiśmie Interface Focus .
„Wiadomo, że Einstein powiedział, że wszystko powinno być tak proste, jak to możliwe, ale nie prostsze”, piszą. „Okazuje się, że złożoność ma swoje miejsce i, jakkolwiek dogodne byłoby dla biologów nowotworowych badanie komórek nowotworowych w izolacji, ma to tyle samo sensu, co próba zrozumienia żab bez uwzględnienia faktu, że żyją w pobliżu mokradeł i ucztują owady . ”
Autorzy twierdzą, że rak ma na myśli wyłącznie w kategoriach zmutowanych komórek. Ale przyjęcie tego wąskiego podejścia jest jak próba zrozumienia, dlaczego żaba ma lepki język, nie biorąc pod uwagę, że żaby używają języków do łapania owadów. Komórki rakowe również potrzebują kontekstu. Na przykład żarłoczna komórka nowotworowa może przypadkowo umiejscowić się obok naczynia krwionośnego, ale może uzyskać więcej składników odżywczych i tlenu w celu wsparcia jej nieograniczonego podziału.
Komórki rakowe muszą konkurować w ciele o składniki odżywcze i inne zasoby, tak jak zwierzęta żyjące w środowisku muszą konkurować ze sobą, aby przetrwać. Oznacza to, że rak, podobnie jak każdy organizm, musi przystosować się do swojego środowiska, aby mógł się rozwijać. Naukowcy wyjaśniają:
Obecnie zaczyna być powszechnie akceptowane, że rak to nie tylko choroba genetyczna, ale ta, w której ewolucja odgrywa kluczową rolę. Oznacza to, że komórki nowotworowe ewoluują, dostosowują się i zmieniają środowisko, w którym żyją. Te, które tego nie zrobią, ostatecznie wyginą. Ci, którzy to zrobią, będą mieli szansę najechać i przerzuty. Zdolność komórki nowotworowej do przystosowania się do nowego środowiska będzie zatem określana przez środowisko i gatunki komórkowe z pierwotnego miejsca, do którego już starannie się przystosowała.
Jak więc zastosować całą tę teorię w prawdziwym życiu? Podejście środowiskowe do zrozumienia raka jest tak złożone, że wyklucza normalne eksperymenty; z łatwością mogliby pójść nie tak, biorąc pod uwagę tak wiele różnych komponentów. Zamiast tego badacze sugerują zwrócenie się do matematyki i obliczeń w celu zrozumienia szerszego kontekstu środowiskowego, który prowadzi do raka. Ekolodzy wykorzystują takie matematyczne podejście, teorię gier, jako metodę badania biologii ewolucyjnej i interakcji między zwierzętami:
Siła selekcji naturalnej sprawia, że mieszkańcy ekosystemu koncentrują się na optymalizacji dolnej linii: reprodukcji długoterminowej. W grach badanych przez teoretyków gier ewolucyjnych jednostki rywalizują o dostępne zasoby przy użyciu różnych strategii. Te cechy i zachowania, zwane strategią fenotypową, określają zwycięzców i przegranych ewolucji.
Strategie behawioralne mogą się zmieniać w zależności od natury zwierzęcia i kontekstu sytuacji. Oto hipotetyczny przykład oparty na teorii gier: jeśli dwie hieny wkopią się w duży, smaczny tusz gnu, chętnie podzielą się tym zasobem. Ale jeśli dwa lwy znajdą tę samą zwłokę, będą walczyć o wyłączne prawa do zjedzenia jej, co oznacza, że jeden lew wyłania się zwycięsko i bierze wszystkie mięsiste łupy, a drugi nie otrzymuje jedzenia - plus zostaje ranny. Wreszcie, jeśli lew spotka się z hieną na tuszy, hiena skoczy, oddając swoje towary silniejszemu lwowi. Innymi słowy, gracze teorii gier mogą reagować na jeden z trzech sposobów, w zależności od tego, kim są i co się dzieje: mogą dzielić się, walczyć lub przepadać.
Podobnie jak pokos czystej dżungli lub inwazyjny gatunek powoli rozprzestrzeniający się i pozostawiający po sobie ślad zniszczenia, guzy, jak ten powyżej, wpływają na tkankę otaczającego ją środowiska. Zdjęcie użytkownika Flickr, Eda Uthmana
W podobne gry można grać z komórkami nowotworowymi. „Dobrym przykładem może być guz z komórkami, które odsuwają się w obliczu ograniczonych zasobów (ruchliwych) i komórkami, które pozostają, aby z nich korzystać (proliferacyjne)” - piszą autorzy. Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawę, wiadomo, że komórki nowotworowe zmieniają swoje zachowanie, gdy rozmnażają się i dają przerzuty w całym ciele, co oznacza, że mogą zmienić się z hieny w lwa.
Jedną z kluczowych rzeczy, którą teoria gier na poziomie ekosystemów pokazuje nam, kontynuują, jest to, że bezkrytyczne skupienie się na zabijaniu jak największej liczby komórek nowotworowych może nie zapewnić najlepszego wyniku dla pacjenta. Zgodnie z modelami teorii gier, ostateczny długoterminowy wynik gry zależy od konkretnych interakcji między graczami, a nie od liczby zaangażowanych graczy. Lwy będą nadal walczyć ze sobą o jedzenie, niezależnie od tego, czy spotkają się dwa lwy czy 2000 lwów. „Leczenie polegające wyłącznie na bezkrytycznym usuwaniu większości (ale nie wszystkich) komórek rakowych może mieć jedynie tymczasowy efekt; jak w większości przypadków pierwotna liczba komórek nowotworowych zostanie ostatecznie przywrócona i przekroczona ”- piszą autorzy.
Zamiast tego teoria gier wskazuje, że bardziej skuteczna alternatywa polegałaby na próbie zmiany sposobów interakcji komórek między sobą i ich środowiskiem. Autorzy wyjaśniają, że może to wpływać na zachowanie komórek, siłę i sukces reprodukcyjny, co może prowadzić ewolucję guza w kierunku mniej agresywnych typów komórek lub do bardziej stabilnego współistnienia z komórkami nienowotworowymi.
„Widok ekosystemu jest ostatecznie całościowy, w którym postęp raka jest procesem wyłaniającym się z interakcji między wieloma gatunkami komórkowymi i interakcji z mikrośrodowiskiem nowotworu”, piszą autorzy. „Perspektywa ekosystemu przedstawia nam intrygujące implikacje”, mówią, wraz z mnóstwem pytań o to, jak daleko można wyciągnąć analogię między ekosystemami a rakiem.
Na przykład, jeśli komórki nowotworowe rozprzestrzeniają się jak gatunek inwazyjny przez ekosystem, jaki zysk ewolucyjny osiąga się, gdy zamknięty ekosystem (ciało) zostaje nieodwracalnie uszkodzony (przez śmierć człowieka), tak że zaraza również umiera? W przeciwieństwie do wirusa, który może zabić swojego gospodarza, ale rozprzestrzenia się na innych gospodarzy, same komórki rakowe w większości nie mają możliwości rozprzestrzeniania się z osobnika na osobnika. I czy komórki rakowe czerpią wskazówki z procesów napędzanych przez konkurencję czy współpracę? Myśląc bardziej proaktywnie, czy komórki nienowotworowe mogą być uruchamiane, aby zachowywały się jak lwy i przejmowały zasoby komórek rakowych, dopóki rak nie da się opanować?
Podczas gdy ekologia i matematyka prawdopodobnie nie pokonają raka na własną rękę, spojrzenie na chorobę z tej perspektywy może pozwolić lekarzom lepiej przewidzieć, gdzie w komórkach nowotworowych mają największe i najgorsze szanse na przeżycie, i jak najskuteczniej zapobiegać ich proliferacji.
„Sedno sprawy polega na tym, że ekologiczne spojrzenie na nowotwory nie unieważnia, lecz uzupełnia i opiera się na dziesięcioleciach badań nad rakiem i niewątpliwie doprowadzi to do lepszego zrozumienia biologii raka oraz do nowych i ulepszonych terapii”, podsumowują naukowcy . „Musimy właściwie zrozumieć drzewa (np. Każdy liść, gałązkę i gałąź), zanim będziemy mogli zrozumieć las, ale nie możemy sobie pozwolić na ignorowanie lasu, ponieważ drzewa są bardzo interesujące same z siebie”.
