Наука и образование: технологии Big Data против рака

«Большие данные» находят применение далеко не только в интернет-сервисах, собирающих информацию от своих пользователей. Именно Big Data может стать ключом к победе над раком. 

Время чтения: 6 минут
Наука и образование: технологии Big Data против рака

В январе фармацевтический швейцарский гигант Рош вложил более миллиарда долларов в небольшую компанию Foundation Medicine, которая занимается исследованиями и разработками в области лечения онкологических заболеваний.

Foundation Medicine была обречена оставаться убыточной, как и многие другие компании инновационных разработок в области здравоохранения, поскольку страховые компании, за счёт которых обычно и существует рынок прорывных заинтересованы в производстве новых лекарств или приборов. Конкретно эту компанию спас её онкологический профиль — их платформа молекулярной информации, отслеживающая геномные изменения в раковой опухоли каждого пациента, при предоставлении серьёзного количества клинических данных, может дать крайне ценную информацию для комплексной борьбы с раком. Грубо говоря, Рош предоставляет Foundation Medicine базу данных, которая содержит последовательности ДНК опухолей 35 00 пациентов, а также информацию о принимаемых ими препаратах.

Источник: news.rice.edu

Проблемы современной типологии раковых опухолей

И Рош, и Foundation, и многие другие научно-исследовательские центры в области онкологии сейчас видят в Big Data большие возможности в будущей победе над раком. Ещё относительно недавно традиционная онкология располагала весьма скудным набором данных. Виды опухолей классифицировали по месту их образования, либо по стадиям их роста, либо по видам клеток, из которых они состоит (доброкачественная/злокачественная). Типичный раковый диагноз выглядел как «рак толстой кишки II стадии». Эта типология с годами становилась всё обширнее, но основная проблема оставалась: самые различные виды опухолей всё равно оказывались в одной категории. С таким же успехом можно описать кошку как четырёхлапое пушистое существо, а лягушку — как четырёхлапое мокрое. Это не грешит против истины, но не даёт целостной картины.

Для онкологии такой подход не слишком хорош. Лекарственные препараты против рака в принципе работают, то есть сокращают размер опухоли, в 22% случаев, и большая головная боль всех онкологов — предсказать, какой препарат сработает для конкретного оценка. По приблизительным подсчётам, 39 млрд долларов из 50 млрд долларов, которые ежегодно тратятся на противораковые препараты, уходят именно на «холостые» попытки. Это медицина проб и ошибок.

Составление геномного профиля и другие биоинформационные технологии постепенно меняют наше представление об онкологии. Уже сейчас определение последовательностей в ДНК опухолей даёт понять, что та группа заболеваний, которые мы привыкли называть «раком», на деле является тысячами и миллионами различных патологий, каждая из которых имеет индивидуальную модель мутаций и других ошибок на молекулярном уровне. Каждая опухоль — это миниатюрный Ноев ковчег, уместивший в себе множество дисфункциональных клеток. Одно из последних исследований рака почек показало, что у изучаемых пациентов наборы генетических ошибок ни разу не совпали. Более того, наборы мутаций не совпадали даже в двух разных опухолях одного и того же пациента! А ещё одно прошлогоднее исследование, посвящённое изучению рака груди, показало, что даже внутри одной опухоли не нашлось двух генетически схожих клеток.

Ноев ковчег. Источник: Википедия

Почему это так важно?

Это чрезвычайно важно, поскольку определение природы мутаций позволит целенаправленно атаковать слабые места опухоли. Разработчики и производители медицинских препаратов на данный момент выпустили на рынок десятки препаратов таргетированной терапии, которые действуют на конкретные раковые генетические мутации клеток, либо убивая, либо обезвреживая эти клетки. Именно в узкой направленности этих препаратов скрывается их сила. Но для того, чтобы эффективно использовать такое мощное оружие, нужно знать врага в лицо.

Скажем, уже привычным стал анализ на наличие мутаций в гене HER2 при исследовании рака груди, или в гене EGFR при изучении запущенных стадий рака лёгких. Тем не менее, эти анализы способны определить только одну мутацию единовременно. Чтобы решить проблему с идентификацией мутаций в поражённых раком клетках, необходим обширный анализ.

Что происходит с данными, поступающими в Foundation Medicine?

Клинические анализы пациентов Roche сканируются на наличие приблизительно 300 известных на настоящее время мутаций, играющих роль в образовании раковых опухолей, вне зависимости от того, образец какой именно ткани взят — груди, кости, лёгкого. Учёные предполагают, что информация, полученная в ходе такого масштабного анализа геномного профиля, позволит обнаружить некие общие слабые свойства мутирующих клеток.

Такие новые данные позволят нам категоризировать случаи заболеваний, чтобы потом иметь дело не с пациентом, страдающим от «рака груди степени Х», а определить вид рака на глубоком молекулярном уровне.

— сказал в январе этого года президент Foundation Medicine Майкл Пеллини на Всемирной Конференции по персонализированной медицине.

Примерно такой же подход к обработке данных используется многими алгоритмами персонализации в современных веб-сервисах типа Amazon или, например, в приложениях, основанных на сборе и анализе данных от множества пользователей — вспомнить тот же «Яндекс.пробки».

Комплексная биологическая система, коей является наш организм, несоизмеримо сложнее, чем искусственно созданные человеком сети. Для примера: одно из исследований 2012 года, изучавшее 100 пациентов с раком груди, обнаружило мутации в 40 различных генах в 73 различных комбинациях; у некоторых из пациентов не менее 6 мутаций сыграло роль в развитии рака. Дело осложняется ещё и тем, что опухоли в ответ на терапию зачастую разрастаются, поэтому необходимо проводить определение последовательностей ДНК опухоли на регулярной основе, чтобы хотя бы на шаг опережать развитие рака. И во многих случаях нужный лекарственный препарат всё равно не найдётся.

Успехи уже есть

Несмотря на всю сложность затеи с применением технологий Big Data в онкологии, уже есть истории успеха. Например, история 22-хлетней девушки по имени Кори Вуд, у которой был обнаружен немелкоклеточный рак лёгких IV стадии, уже пустивший обширные метастазы в кости и зрительную систему.

Источник: visualsonline.cancer.gov

Обычно на такой стадии заболевания медицинские препараты срабатывают в 20% случаев. Но образец её опухоли оказался в числе тех 35 000 образцов, которые были высланы компанией Рош лаборатории Foundation Medicine. Молекулярный анализ обнаружил ошибку в гене ROS-1, что дало все основания назначить препарат Ксалкори. Дело в том, что такой вид мутации появляется крайне редко — менее чем в 2% случаев возникновения рака лёгких. Без такого подробного анализа геномного профиля онкологи девушки вряд ли бы назначили ей этот препарат

Через три месяца приёма препарата рак почти полностью покинул организм Кори. В феврале официально стало известно, что девушка полностью здорова.

С раком мне помогают справиться геномное секвенирование и технологии обработки данных.

По материалам статьи Кэт МакГоуэн на nautilus, а также информации с официального сайта Рош.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
14 марта 2015, 14:00

Оставайтесь в курсе


У вас есть интересная новость или материал из сферы образования или популярной науки?
Расскажите нам!
Присылайте материалы на hello@newtonew.com
--