癌症很糟糕。你可能知道有人得了这种病,或者它可能威胁到你自己的生命。通常,诊断需要回答不可能的问题。你愿意离开身体的哪些部位生活?你会冒险感觉糟糕一段时间吗?你会认为这种治疗可能会让你多活几年吗?你愿意接受一年吗?几个月怎么样?

同样的细胞功能,可以帮助你的皮肤缝合起来,也在肿瘤中发挥作用。挑战在于杀死癌细胞——这是患者的细胞,只是疯狂分裂——而不是杀死患者。不幸的是,癌症可能和我们一样复杂。担心一个基因突变会让你的细胞变得无赖吗?尝试许多突变,所有这些都会帮助癌症的发展,而这一切都是以你为代价的。这并不罕见。有数百种类型。人们不再患“癌症”了。例如,他们患有三阴性乳腺癌,其特征是雌激素受体、孕激素受体和人表皮生长因子受体-2表达缺失。

科学家不再期望找到一种方便的、一刀切的治疗方法。但他们找到战胜这种疾病的方法。无论是五年还是五十年后,目前正在进行的研究进展都可能改变人类应对癌症的方式。

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植入物和泵

将有毒药物保存在其所属的地方

传统癌症治疗的副作用可能很严重。脱发。体重减轻,有时是因为经常呕吐。红细胞丢失,也称为贫血,导致精疲力竭。一些癌症治疗方法毒性很大毒性;作家Caitlin Flanagan将她的第一轮化疗描述为“绝对地狱”其中包括避免拥抱孩子的指示。

化疗和辐射通过阻止癌细胞如此迅速的复制而发挥作用。不幸的是,其他一些相当重要的细胞,如毛囊、消化道内壁或骨髓,也会迅速分裂。这就是为什么研究人员正致力于将癌症治疗方法及其所能造成的损害加以控制。

例如,腹部内壁的癌症很难用全身循环的典型化疗进行治疗。加州大学旧金山分校提供的最新方法Mohamed Adam,医学博士是这样的:外科医生取出明显的肿瘤,将化疗泵入腹部,然后将其排出。这样做的目的是让抗癌斗争直接进入癌症的门槛,但让周围的社区毫发无损。

外科医生还在癌症扩散至肝脏的手术期间植入化疗泵,为患者提供了一种在需要的地方进行化疗的方法,化疗剂量远高于全身治疗。医学博士Ajay Maker,负责人加州大学旧金山分校肿瘤外科莫里斯·加兰特(Maurice Galante)杰出教授也希望用泵测试新的免疫疗法。

另一个潜在的突破是:微小的硅基植入物,可提供稳定剂量的药物。美国国家癌症研究所(National cancer Institute)正在对前列腺癌患者进行植入物的临床试验,并计划针对乳腺癌制定类似的计划。

前列腺和乳腺肿瘤通常用破坏性激素的药物治疗。这些药物还可以预防BRCA突变女性的乳腺癌,她们面临着极高的发病风险。不幸的是,像其他全身治疗一样,这些药物对癌细胞没有唯一的作用;它们会影响全身。一些患有前列腺癌的男性告诉医生,他们宁愿死也不愿服用抗雄激素药物,这种药物有时被称为“药物阉割”。服用雌激素调节剂的女性报告了更年期症状,从潮热到抑郁,这些症状扰乱了她们的日常生活。

医学博士Pamela Munster,希望植入物能降低这些药物的副作用。她指导早期临床试验并共同领导BRCA研究中心加州大学旧金山分校的Helen Diller家庭综合癌症中心和她的实验室创造了植入物。她说,避孕器的使用相对简单。蒙斯特将其概念和材料与宫内节育器进行了比较,宫内节制器是一种女性大约每五年更换一次的避孕工具。

蒙斯特说:“但它们小得多了,看到有多小了吗?”他扫描了前列腺内的硅胶装置。用活检针插入,它们只有几毫米长。Munster设想未来BRCA阳性患者可以安全地选择植入物而不是乳房切除术,如果他们选择分娩和哺乳,可以暂时移除植入物。

“每当我看到一个25岁的BRCA突变患者,我们谈论计划一个降低风险的乳腺切除术时,那个人就会问我,‘没有别的吗?’”她自己携带BRCA2突变“局部给药是一项新技术,很难证明有什么东西可以预防癌症。这需要长远的眼光。需要精确的工程。但患者需要这个。我自己的孩子可能有一天会从中受益。”

DNA驱动的解决方案

靶向肿瘤的遗传燃料

癌症有很多种,但它们都有一个共同的主题:它们打破了控制细胞生长、修复和死亡的规则。基因研究的目的是找出为什么癌症会带来这么多麻烦。许多突变可以驱动细胞生长,踩下细胞生长的油门,或者踩下应该减缓细胞生长的刹车。

这一知识导致了针对特定基因突变的新疗法,通过对癌症的复制机制施加干扰。但有些突变很难被破坏。多年来,研究人员认为KRAS是肿瘤最常见的基因驱动因素无法想象的癌症“死星”.

KRAS基因产生一种蛋白质,引导细胞生长。“KRAS通常在细胞中做好事,”解释道Charles Craik博士加州大学旧金山分校药物化学教授。“但当它发生突变时,刹车就失灵了,这是一列失控的火车。”

Kevan Shokat博士加州大学旧金山分校生物化学家、霍华德·休斯医学研究所研究员,在其他人放弃的地方取得了成功。他与Jonathan Ostrem,医学博士、博士当时是研究生,现在是血液学和肿瘤学的助理教授,当时是博士后研究员Ulf Peters博士。他们一起寻找新的方法来操纵KRAS活性,并了解它所制造的蛋白质的结构,最终揭示了突变KRAS蛋白质表面一个未知的口袋,药物可以与之结合。

这是一件大事。Shokat收到了Sjöberg奖以及国家科学院科学发现奖。这项研究引发了一系列药物开发,2021年,索他拉西布成为美国食品和药物管理局(FDA)批准的首种治疗KRAS突变引起的癌症的药物。Craik说,这种肺癌药物可能会成为许多针对KRAS驱动肿瘤的新疗法之一。

克雷克说:“突变型KRAS是一个坏演员,它只存在于肿瘤细胞中。”。“这个目标比快速分裂的细胞更为具体。当你观察化学疗法的工作原理时,你只是对癌细胞的毒害程度超过了对正常细胞的毒化程度。现在我们有机会进行真正的精确医学。”

令人兴奋,对吧?除了癌症很棘手。尽管索托拉西布的推出令人激动,但Craik和Shokat预计一些由KRAS驱动的肺部肿瘤会对该药物产生耐药性。这种情况并非发生在每个患者身上,但确实发生了。癌症适应了,治疗就停止了。这叫做后天抵抗。

“果然,其中一些患者出现了耐药性,”Craik说。“肿瘤在缩小,但突然又开始复发。”

还有固有的抵抗力:额外的基因调整或化学途径,使患者的特定癌症绕过治疗。Craik补充道:“虽然KRAS存在于肺癌、结肠癌和胰腺癌中,但sotorasib目前仅适用于肺癌。它不适用于结肠癌。在这种情况下,并不是你产生了耐药性。它在get-go中不起作用。”

这并不意味着失去希望。研究人员正在研究一对一的治疗方法:首先破坏突变的KRAS,然后禁用癌症的其他抵抗工具。克雷克和肖卡特开发了一种新疗法将突变的KRAS拉到细胞表面,基本上将其标记为癌症。然后免疫疗法可以帮助身体清除所有标记细胞。他们认为这种方法与同位素结合可能会特别有效。

“如果我们能够帮助免疫系统发现以前没有发现的肿瘤,也许我们可以增加这些靶向药物的耐用性,”Craik说。他补充说,这项研究正在进行中,还没有为临床试验做好准备,但潜力巨大:“如果我们成功了,我们就不受限制。我们可以用其他不可逆的抑制剂来对抗其他基因靶点。这不仅仅是一个KRAS故事。”

全副武装的抵抗

重组免疫细胞攻击癌症

理论上,你的免疫系统应该在癌细胞转化为肿瘤之前将其消灭。免疫系统有点像一个安全团队,监控身体并消除不良行为的根源。你的T细胞是这个团队的重要成员。

不幸的是,癌症有聪明的方法来逃避安全。它可以分泌分子或招募其他细胞来阻止T细胞发挥作用,就像给这些免疫卫士加了一种强力镇静剂。它还可以伪装自己,改变其表达抗原的方式。细胞通常会像身份证一样在其表面显示抗原,而T细胞会检查它们是否属于你的身体或需要被踢出去。通过改变它们表达抗原的方式,癌细胞基本上变得看不见了——可以自由地滑过T细胞的弹跳器,导致一些公路房屋-水平混乱。

免疫疗法通过克服这些防御来治疗癌症。嵌合抗原受体T细胞(CAR T)治疗是一种相对较新的方法,它很快成为治疗手段中最有希望的工具之一。

“T细胞对肿瘤几乎是盲的,”解释道贾斯汀·埃奎姆博士微生物学和免疫学助理教授。“让T细胞再次看到肿瘤的一种方法是在T细胞中添加一种新的基因。”

在CAR T中,科学家提取患者的一些T细胞并对其进行基因工程,训练T细胞识别癌症上的不同抗原并将其锁定。然后医疗团队将改造后的T细胞注射回患者体内,在那里他们可以比以前更容易地追踪癌细胞。到目前为止,CAR T对某些类型的血癌(如白血病)有效。

Eyquem说:“这些白血病患者已经尝试了所有其他可用的治疗方法。”。“值得注意的是,大约50%到90%的人从CAR T中获得了我们所说的完全应答。这意味着在注射这些T细胞几周后,你就无法再检测到他们体内的癌症。这是一个范式的转变。”

CAR T靶向一种抗原,该抗原仅由白血病和B细胞(一种白细胞)表达。没有B细胞你活不了多久,因为你的身体需要它们来制造抗体,从而抵抗感染。但是接受CAR T的人可以通过注射抗体来生存。

不过,这并不全是令人惊讶的消息。对于一些接受CART治疗的患者,癌症最终会复发。也许病人的癌症在进化,比以前更好地掩盖了其抗原。也许经过修饰的CAR T细胞不能持续足够长的时间来攻击所有的癌症。此外,血癌与实体癌不太相似。后者涉及肿瘤,肿瘤具有更强的免疫防御能力,包括滋养和保护肿瘤的密集血管网络。

Eyquem和其他研究人员正在努力改进CAR T,使其更有效,并将其覆盖范围扩大到血液癌之外。例如,他的团队发明了一种新型的超灵敏受体,可以给T细胞增压,帮助他们发现甚至最低水平的癌症抗原。另一个UCSF团队,由Julia Carnevale,医学博士他是血液学和肿瘤学助理教授,最近利用CRISPR技术鉴定了能够增强型工程化T细胞到目前为止,在患有肿瘤的小鼠中,这些扭曲的T细胞比未增强的T细胞持续时间更长,工作效率更高。

与此同时,加州大学旧金山分校的其他科学家已经创造了CAR T复合受体需要多种抗原来激活T细胞。你知道双因素身份验证是如何让你登录并从手机中输入代码来确认是你吗?组合受体的工作原理是这样的。它们可能对抗原也在健康器官中表达的癌症有用。你想要训练T细胞攻击癌症——只攻击癌症,而不是完全有用的脑细胞。

为了加快生产CAR T细胞,加州大学旧金山分校最近开始在赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific)经营的一家新工厂生产这些细胞。研究人员还试图找到价格合理的方法来扩大像CAR T这样的治疗。目前,为每个患者生产定制T细胞的成本非常昂贵。

Eyquem说:“总有一天,我们可以从细胞治疗转向基因治疗。”。“这个想法不是把你的T细胞取出并进行基因工程,而是将基因工程的载体直接注入患者体内。这仍然有点科幻,但很令人兴奋。”

黑色不祥细胞的插图,一个人用生长的花朵突破。

高科技血液检测

更容易消除的癌症

由于缺乏治疗晚期癌症的方法,一些研究人员一直致力于帮助人们在肿瘤致命之前很久就得到诊断。一些肿瘤的早期检测工具已经存在:结肠镜检查、乳房X光片、前列腺生物标记物的血液检测。但许多癌症都没有这种测试。当它们被发现时,破坏已经造成。 

“对于最致命、最常见的卵巢癌,我们仍在大约90%的时间里诊断为第3和第4阶段,”他说Jocelyn Chapman,医学博士伯森家族妇科癌症教授。“我想在卵巢癌处于0期时进行检测,那时我们可以进行手术,到此为止。”

查普曼和她的同事正试图建立一种卵巢癌血液检测方法。他们是早期检测的新前沿随着生物技术公司竞相开发“液体活组织检查”,以遏制癌症死亡。

科学家们早就知道癌细胞会向血液中释放遗传物质。理想血液检测的诀窍在于找出该物质的哪些部分能够可靠地预测癌症,无论是一种还是多种癌症。该测试需要足够敏感,以检测癌症信号。但它也需要足够具体,以避免每年惊吓数千名健康患者。每一个假阳性结果都可能引发一系列昂贵的、不必要的手术,更不用说寻找实际上没有的肿瘤所带来的情感上的痛苦了。

为了解决这个问题,查普曼正在与Nadav Ahituv,博士,加州大学旧金山分校生物工程和治疗科学教授人类遗传学研究所他的研究重点是新生代:在癌症中改变的DNA短片段,但在正常组织中没有改变。

查普曼说:“新生代人散布在整个基因组中,这使得他们比仅仅观察一两个基因突变更有用。”。“这并不是说我们可以寻找一条单链DNA,它会以某种方式改变,然后说‘啊哈,那是卵巢癌!’相反,我们在寻找一种特定的模式。当你反复看到这种模式时,它就像癌症指纹。”

如果查普曼(Chapman)和阿希托夫(Ahituv)等研究人员取得成功,我们也许有一天会回顾癌症在体内悄无声息传播的时代,并称之为“古老”——这与火灾警报之前的时代没有什么不同,当时人们通常在得知房子着火之前就被烟呛住了。

查普曼说:“在我职业生涯的初期,我以为我要做的就是给病人做手术,给他们化疗,然后看着他们几年后死去。”。“我本可以给这些患者一些时间。但技术已经显著改进。我希望在我退休之前,这种情况会发生改变。也许我们可以给患者几年的时间,但也可以给他们很多很多年的时间。”

无处藏身

无论癌症在何处,都能点亮它

多年来,判断肿瘤是否转移的最佳方法是使用解剖成像:将一系列X射线图像组合成人体内部的粗略图像进行扫描。

但解剖成像并不是追踪所有癌细胞的精确方法。医学博士托马斯·霍普,放射学教授,领导了一项临床试验加州大学旧金山分校和加州大学洛杉矶分校获得FDA批准为美国前列腺癌患者提供第一次PSMA PET扫描。从那时起,新的成像技术开始兴起。如今,全国各地的患者都在接受扫描。

PSMA代表前列腺特异性膜抗原,一种在大多数前列腺癌细胞上发现的蛋白质。这项新技术使用正电子发射断层扫描(PET)加上一种与PSMA结合的药物,照亮前列腺癌细胞在体内的任何位置。

霍普说:“在PSMA PET之前,我们不知道疾病在哪里。”。“从本质上讲,PSMA PET可以为其发光。”

一旦医生确切地知道癌症在哪里,他们就可以开始切除它。Peter Carroll,医学博士,公共卫生硕士加州大学旧金山分校前列腺癌特聘教授Derr-Cvron和Taube家族泌尿学特聘教授Hao Nguyen,医学博士,博士Grinold泌尿学教授将PSMA靶向成像技术引入手术室。在他们的临床试验中,参与者得到了一种附着在PSMA上的化合物。然后,外科医生们使用一个摄像头来高亮显示这些细胞,帮助他们去除癌症的痕迹,这些痕迹本来是不可能被发现的,即使使用最新的机器人手术工具也是如此。

Nguyen说:“过去20年来,高危前列腺癌患者的治愈率没有改变。”。“大约30%的患者术后仍会复发。我们希望找到所有看不见的癌症部位,并将其彻底清除,因为这样可以挽救生命,减少额外治疗的需要。”

与此同时,霍普正在与以下研究人员合作马里兰州瓦迪姆·科什金他是血液学和肿瘤学助理教授,研究如何使用PSMA靶向技术治疗单靠手术无法消除的晚期癌症。这些治疗方法就像一把钥匙,只适用于PSMA特定的锁,对癌细胞造成损害,而忽略健康细胞。他们刚刚对前列腺癌患者进行了一项试验,使用与PSMA结合的放射治疗,以及一种增加PSMA表达的药物。从理论上讲,这种组合可能优于现有的治疗方法,可能副作用更少。

霍普说,PSMA PET的改进成像技术将激发更多旨在定制癌症治疗方案的研究。“之前,我们进行了系统治疗,因为我们不知道,例如,一名患者只有一个淋巴结有疾病。现在我们知道了癌症的确切位置,也许我们可以做一些不同的事情,更好的事情。”

UCSF杂志封面:顶部为“UCSF Magazine,Summer 2023”。下面的文字是“青少年大脑受压迫的内部:反思青少年抑郁症的治疗”。用手机、图标、药丸、篮球、树叶和鲜花等社交媒体的图片展示一个青少年。

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