Nowa generacja technologii mapowania biologicznego rewolucjonizuje nasze rozumienie i leczenie śmiertelnych chorób. Naukowcy mogą teraz badać tkankę ludzką z niespotykaną dotąd szczegółowością, identyfikując wadliwe komórki w narządach i ujawniając mechanizmy molekularne leżące u podstaw chorób, które wcześniej uważano za nieuleczalne. Ten przełom, znany jako multiomika przestrzenna, nie tylko ulepsza istniejące metody leczenia, ale także otwiera drzwi do zupełnie nowych terapii, szczególnie w przypadku takich schorzeń, jak toksyczna nekroliza naskórka (TEN), ciężka reakcja skórna, w wyniku której pacjenci dosłownie zrzucają górną warstwę skóry.
Wyzwanie o poziomie trudności
Przez dziesięciolecia medycyna podchodziła do chorób, zagłębiając się w narządy, tkanki, komórki, a ostatecznie w podstawowe cząsteczki, takie jak DNA i białka. Jednak w tym redukcjonistycznym podejściu często pomijane są ważne szczegóły. Nawet w obrębie tego samego narządu komórki są niejednorodne: sąsiednie komórki mogą zachowywać się odmiennie, powodując kaskadowe uszkodzenia, które trudno naprawić przy użyciu standardowych narzędzi laboratoryjnych. Tradycyjne metody często „mieszają” setki komórek do analizy, ukrywając krytyczne zmiany zachodzące na poziomie indywidualnym.
Ta złożoność jest szczególnie dotkliwa w przypadku raka, gdzie badacze od dawna rozumieją „mikrośrodowisko nowotworu” – koncepcję, że nawet pod mikroskopem nowotwory są heterogenne. Jednak standardowe narzędzia mają trudności z określeniem tych różnic.
Powstanie multiomiki przestrzennej
Kluczem do odblokowania tego ukrytego szczegółu są przestrzenne multiomiki, czyli zestaw technologii tworzących trójwymiarowe mapy tkanek i narządów. Mapy te identyfikują chore komórki i profilują je na poziomie molekularnym, ujawniając, co dokładnie poszło nie tak w ich mechanizmach biologicznych.
Termin „multiomika” odnosi się do jednoczesnego badania wielu układów biologicznych: genów, RNA, białek i innych. Przestrzenne multiomiki dodają do tego obrazowanie o wysokiej rozdzielczości, pozwalając naukowcom zobaczyć nie tylko jakie cząsteczki są obecne, ale także gdzie się znajdują i jak wchodzą w interakcje w przestrzeni.
Jedna z technik, „proteomika głębokiego obrazowania”, opracowana przez naukowców z Uniwersytetu w Kopenhadze, polega na cięciu tkanki na mikroskopijne skrawki, barwieniu ich w celu uwypuklenia określonych cząsteczek, a następnie używaniu mikroskopów zasilanych sztuczną inteligencją do tworzenia szczegółowych map cyfrowych. Laserowy mikroskop sekcyjny wycina następnie znakowane komórki pojedynczo, analizując ich białka z niezwykłą precyzją za pomocą spektrometrii mas. W rezultacie powstaje mapa molekularna, która ujawnia różnice między zdrowymi i nieprawidłowymi komórkami oraz wzorce dysfunkcji, które wcześniej były niewidoczne.
Od raka trzustki do TEN: zastosowania w życiu codziennym
Potencjał multiomiki przestrzennej wykracza daleko poza badania teoretyczne. Badania dostarczyły już ważnych informacji na temat schorzeń takich jak rak trzustki, w przypadku których badacze wykorzystali tę technologię do wykrywania wczesnych oznak rozwoju nowotworu w pozornie normalnych komórkach.
Jednak najbardziej dramatyczny przełom nastąpił w leczeniu toksycznej martwicy naskórka (TEN), rzadkiej, ale śmiertelnej choroby skóry, w której układ odpornościowy gwałtownie atakuje zewnętrzną warstwę skóry. Zespół dermatologa Thierry’ego Nordmanna wykorzystał proteomikę przestrzenną, aby odkryć, że szlak interferonu, zwykle aktywowany przez infekcje wirusowe, został znacznie nadaktywny u pacjentów z TEN, powodując, że układ odpornościowy niszczy zdrowe komórki skóry.
Co ważne, istnieją już leki blokujące tę drogę. W małym badaniu siedmiu pacjentów z TEN leczonych tymi inhibitorami wykazało niezwykłą poprawę, a u jednej pacjentki prawie cała utracona skóra odrosła w ciągu 16 dni. Nordmann uważa, że w ciągu dwóch do trzech lat może to stać się standardowym leczeniem.
Przyszłość medycyny spersonalizowanej
Przestrzenne multiomiki nie są tanie: uruchomienie kilkuset próbek może kosztować miliony. Jednak szpitale takie jak Mayo Clinic już dużo inwestują w tę technologię, mając nadzieję na lepsze zrozumienie chorób takich jak choroby serca i cukrzyca poprzez identyfikację komórek najbardziej podatnych na uszkodzenia.
Konsekwencje są głębokie: multiomiki przestrzenne nie tylko ulepszają istniejące metody leczenia; toruje drogę nowej erze medycyny spersonalizowanej, w której terapie są dostosowywane do unikalnego molekularnego krajobrazu choroby każdego pacjenta. Zdolność do mapowania i zrozumienia wewnętrznego funkcjonowania naszego organizmu na tym poziomie zmieni sposób, w jaki diagnozujemy, leczymy i ostatecznie zapobiegamy chorobom zagrażającym życiu.
