Medycyna przyszłości, o jakiej wielu marzy: oddajesz do badania próbkę krwi, by dowiedzieć się, czy znalezione w niej markery świadczą o początku nieodczuwanej jeszcze choroby. W wielu wypadkach kuracja nie musiałaby być tak silna jak wtedy, gdy zmiany są już zaawansowane. Wcześnie postawiona diagnoza niejednokrotnie mogłaby uratować życie. Nawet dziś na podstawie zwykłej morfologii i obecnych w niej nieprawidłowości można wychwycić wiele chorób.
Stawka jest jednak wyższa – chodzi o to, by móc namierzyć we krwi specyficzne białka, które powstają w organizmie tylko u osób chorych. Ich wykrycie mogłoby naprowadzać na ukryte schorzenia. Czy te nadzieje kiedyś się spełnią, czy rzeczywiście w białkach – o których na ogół niewiele wiemy – tkwi taki potencjał?
– Białka porównuje się w biologii do roboczych wołów, gdyż są egzekutorami większości procesów biologicznych – wyjaśnia prof. Michał Dadlez, kierujący Pracownią Środowiskowego Laboratorium Spektrometrii Mas w warszawskim Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN. To właśnie tutaj, przy użyciu aparatu zwanego spektrometrem mas, można poznawać i analizować złożone preparaty białkowe obecne w ustroju człowieka. Wszystko, co się w nim dzieje, zależy oczywiście od genów, ale zapisany w nici DNA przepis na życie realizuje się poprzez białka. Są po to, by transportować w organizmie rozmaite substancje, pełnić rolę magazynierów, kontrolować procesy enzymatyczne, uczestniczyć w procesach odpornościowych. Są budulcem tkanek, ale też pełnią rolę sygnalizatorów informujących o tym, co się w naszych narządach dzieje.
– Dopiero spektrometria mas wprowadzona w medycynie 20 lat temu pozwoliła spoglądać na nie jak na sprzężony system kontrolujący procesy zachodzące w komórce – wyjaśnia prof. Dadlez. Tak zrodziła się nowa gałąź nauki, czyli proteomika, mająca na celu poznanie ogółu białek komórkowych – ponieważ ich liczba w ustroju sięga kilkuset tysięcy, nie wiadomo jeszcze, na ile uda się ten cel osiągnąć.
Na razie uczeni widzą sam wierzchołek góry lodowej, więc odpowiedź na pytanie, kiedy będzie można rozpoznawać ciężkie choroby przed pojawieniem się ich objawów, prawdopodobnie nie nadejdzie zbyt szybko. – Aby można było znaleźć wiarygodne biomarkery, musimy bardziej doszlifować technologię i zwiększyć jej czułość – twierdzi prof. Michał Dadlez.
Dla prof. Jerzego Ostrowskiego, kierującego Zakładem Genetyki w warszawskim Centrum Onkologii, sprawa nie wydaje się prosta również z tego powodu, że samo zgromadzenie danych na temat białek mogących sygnalizować jakieś zaburzenia ma w istocie niewiele wspólnego z medycyną. – Czy na podstawie listy elementów składowych samolotu można powiedzieć, dlaczego on lata? O tym decydują współzależności, a tych w naszym ustroju jest przecież mnóstwo – odpowiada profesor. Dlatego niezmiennie dziwią go w piśmiennictwie naukowym hurraoptymistyczne doniesienia o odkryciach nowych białek, mogących rzekomo uchodzić za biomarkery jakichś chorób. Ile z nich znajduje zastosowanie w diagnostyce?
Początek drogi
Nawet te testy, które od wielu lat są już wykorzystywane w praktyce klinicznej – np. wykrywające białko PSA u mężczyzn z podejrzeniem raka prostaty lub proteinę CA-125 u kobiet z rakiem jajnika – nie są wystarczająco czułe i budzą kontrowersje. Dr Jakub Karczmarski, który w ubiegłym roku w Centrum Onkologii obronił pracę doktorską na temat możliwości i ograniczeń poszukiwania potencjalnych biomarkerów w chorobach nowotworowych, zwraca uwagę, że liczba i skład białek w krwiobiegu zmienia się w zależności od stanu organizmu – nie tylko wtedy, gdy trwa już choroba, ale nawet podczas 24-godzinnej głodówki, podawania rozmaitych leków lub pod wpływem stresu.
– Wyniki dotychczasowych badań zwykle nie były dostatecznie udokumentowane, a wiele z nich niosło często sprzeczne informacje – podkreśla dr Karczmarski, który w swojej dysertacji wykazał, jak istotne przy poszukiwaniu tego rodzaju substancji znacznikowych są warunki, w których przeprowadza się eksperymenty. Ważne, by je ujednolicić – aby wynik otrzymany w jednym laboratorium można było potwierdzić w innym. – Tymczasem cechą wspólną badań biomarkerów jest brak precyzyjnego opisu sposobu otrzymywania danych, co nie pozwala ich zweryfikować w innych ośrodkach.
Dlatego prof. Michał Dadlez krytykuje próby komercjalizacji testów, które w ocenie ich pomysłodawców mogą już znajdować we krwi białkowe markery świadczące na przykład o raku jajnika, prostaty lub piersi. – Najpierw musimy się nauczyć chodzić, zanim zaczniemy biegać – to najkrótszy jego komentarz do pojawiających się w mediach rewelacji, a często spekulacji, co już potrafi współczesna proteomika i jaką rolę może odegrać we współczesnej medycynie. – Krok po kroku uda się pewnie kiedyś osiągnąć ten cel, choć na razie nie ma co mówić o istnieniu takich biomarkerów, skoro ich znaczenie nie zostało jeszcze w pełni potwierdzone – studzi optymizm.
Ale nawet najwięksi sceptycy wierzą w to, że kiedy w organizmie rozpoczyna się np. proces nowotworowy – niedający żadnych widocznych objawów przez kilka lat – to już na tym wczesnym etapie do płynów ustrojowych przenikają z uszkodzonych komórek fragmenty specyficznych białek. Tyle że mogą one występować w bardzo małych ilościach, w związku z czym do ich wyśledzenia potrzebna jest nowa, precyzyjna metodyka.
Obecnie intensywnie testowane są przeciwciała, które mogłyby takie białka wykrywać, dzięki czemu diagnoza raka stawiana byłaby na bardzo wczesnym etapie. Na przykład okazuje się, że kiedy komórka podlega apoptozie (czyli kontrolowanemu rozpadowi towarzyszącemu powstawaniu guzów nowotworowych), w krwiobiegu pojawiają się szczególnego rodzaju fragmenty występujących w nabłonku białek keratynowych, zwanych cytokeratynami.
Keratyny kojarzone są zazwyczaj ze skórą, włosami i paznokciami, ale niektóre z nich wchodzą w skład cytoszkieletu komórkowego i kiedy zaczyna powstawać guz, następuje ich degradacja. Doświadczenia wielu grup badawczych wskazują na to, że wykrycie w próbce krwi podwyższonego poziomu przeciwciał (np. przeciwciał zwanych CYFRA-21, co jest skrótem od CytokeratinFragment) może dowodzić, że w organizmie rozwija się nowotwór – bo jeśli zwiększa się ilość przeciwciał wycelowanych w jakieś białko, to znak, że jest go w krwiobiegu więcej.
Dopiero 20 lat badań
Niestety, zastosowanie tej metody też ma swoje ograniczenia – przeciwciała mogą bowiem wykrywać niekoniecznie tylko to, przeciwko czemu są skierowane. A zatem analizy znów będą jedynie sugerować podejrzenie raka i nie dawać stuprocentowej pewności, że udało się go w ten sposób wykryć. Zastosowanie zamiast przeciwciał spektrometrii mas mogłoby problem rozwiązać i znacznie poprawić wiarygodność testów. Pod warunkiem że czułość tej metody uda się jeszcze zwiększyć i pozwoli ona analizować białka, których jest niewiele, a są faktycznymi markerami nowotworów. Zresztą pojawiają się one nie tylko we krwi, ale również w moczu, ślinie, mazi stawowej, łzach, płynie mózgowo-rdzeniowym, a nawet w wydychanym powietrzu. Trzeba tylko umieć je tam znaleźć i zidentyfikować, by nie było wątpliwości, że otrzymany wynik da jasną odpowiedź, jak dalej postępować z pacjentem.
– Biolodzy nie mają takich sytuacji, jakie mnie zdarzają się trzy razy w tygodniu – wyznaje prof. Jerzy Ostrowski, który należy do wąskiego u nas grona lekarzy pracujących równocześnie w laboratorium i klinice. – Siada naprzeciw mnie pacjent i pyta, dlaczego go boli brzuch? Zgromadzenie olbrzymiej ilości danych na temat białek, które prawdopodobnie wydzielają jego komórki, nie przybliża mnie dzisiaj do rozwiązania tego problemu.
Zdaniem profesora spektrometria mas, choć to metoda bardzo obiecująca i dużo precyzyjniejsza od innych, wciąż nie jest w stanie odpowiedzieć na najprostsze zapotrzebowanie – aby po wstrzyknięciu do aparatu mieszaniny białek zbadać dokładnie wszystkie, a nie tylko te, których jest tam najwięcej. – Ból brzucha jest objawem choroby, którą co prawda często potrafimy nazwać, ale zazwyczaj nie znamy mechanizmów jej powstania – dodaje profesor. – Dlatego tak trudno poszukiwać nowych biomarkerów wśród ogromnej liczby białek produkowanych w komórkach organizmu, z których niewielka tylko część pojawia się w płynach ustrojowych pacjenta.
Sama zaś proteomika nie daje także odpowiedzi, jaki związek istnieje między wykrytym białkiem a chorobą pacjenta – czy zmieniony skład krwi albo białka wykryte w tkance są przyczyną schorzenia, czy może raczej jego skutkiem? Trzeba by takie powiązania ustalić, jeśli mamy mówić o obiecujących perspektywach przewidywania rozwoju chorób i o lepszym nadzorze nad wyselekcjonowaną grupą zagrożonych pacjentów.
O co więc tyle hałasu, dokąd fascynacja białkami może nas zaprowadzić? – Mówimy o dziedzinie, która ma dopiero 20 lat, więc jest młoda i wciąż na wczesnym etapie rozwoju – podsumowuje prof. Michał Dadlez. Niestety, szumne doniesienia prasowe o biomarkerach mających pomóc lekarzom we wczesnym stawianiu pewnej diagnozy jeszcze nie znajdują potwierdzenia w codziennej praktyce. Ale naukowcy nie ustają w poszukiwaniu tego szczególnego Świętego Graala medycyny.