Kad su borovi bube upadali u sjevernoameričke šume, izbacili su osjetljiv ekosustav iz ravnoteže. Stanice raka se također ponašaju poput štetnih invazivnih vrsta. Fotografirao korisnik Flickr Kneale Quayle
Ponekad je razmišljanje o starom problemu iz osvježavajućeg novog kuta samo stvar koja je potrebna da bi se pronašao taj eureka trenutak.
Rak, jedna od najozloglašenijih medicinskih bolesti, intenzivno se proučavao u trenutnom dobu moderne medicine. No, sve veći broj istraživača misli da bi dovođenje svježeg, izvan okvira pristupa razumijevanju bolesti moglo dovesti do nekih novih spoznaja i, možda, rješenja. I tema za koju se nadaju može vam poslužiti kao prozor u proučavanje raka može vas iznenaditi: ekologija.
Čine se da se onkologija i ekologija po nominalnoj vrijednosti uvelike razlikuju. Za početak, jedna je lokalizirana na specifičnim stanicama u tijelu, dok druga po definiciji obuhvaća cijeli globus. No umjesto da označimo rak kao skupinu mutiranih stanica, kako razmišlja razmišljanje, rak bismo trebali vidjeti kao poremećaj u ravnoteži složenog mikrookolja u ljudskom tijelu. Poput štetne invazivne bube koja je jede svoj put kroz šume u Koloradu, nova bolest koja izbija u populaciji divljih ptica ili drvosječi kosi niz dijelove amazonske prašume, rak baca majmunski ključ u inače smiren, uravnotežen sustav.
Ovakav način razmišljanja čini rak još složenijim nego što već jest, ali mogao bi pružiti uvid koji u konačnici čini rak lječivim, predlažu istraživači iz Moffet centra za rak u radu objavljenom u časopisu Interface Focus .
"Poznato je da je Einstein rekao da sve treba učiniti što jednostavnije, ali ne i jednostavnije", pišu oni. "Ispada da složenost ima svoje mjesto i, što je zgodnije kao biologima biolozima raka da proučavaju tumorske stanice izolirano, to ima toliko smisla koliko pokušati razumjeti žabe bez obzira da imaju tendenciju da žive u blizini močvara i gozbe insekata. „.
Skloni smo razmišljati o raku samo u smislu mutiranih stanica, nastavljaju autori. No, usvajanje ovog uskog pristupa nalik je pokušaju razumijevanja zašto žaba ima ljepljiv jezik, ne vodeći računa da žabe koriste svoje jezike za hvatanje insekata. Stanicama raka također treba kontekst. Na primjer, glasna stanica raka može se smjestiti pored krvne žile, ali tako može dobiti više hranjivih sastojaka i kisika kako bi podržala svoju neograničenu diobu.
Stanice raka moraju se natjecati unutar tijela za hranjive tvari i druge resurse, baš kao što se životinje koje žive u okruženju moraju natjecati jedna s drugom kako bi preživjele. To znači da se rak, kao i svaki organizam, mora prilagoditi svom okolišu kako bi mogao napredovati. Istraživači objašnjavaju:
Sada se već općenito prihvaća da rak nije samo genetska bolest, već i ona u kojoj evolucija igra presudnu ulogu. To znači da se tumorske stanice razvijaju, prilagođavaju i mijenjaju okoliš u kojem žive. Oni koji to ne uspiju konačno će izumrijeti. Oni koji to učine, imat će priliku upasti i metastazirati. Sposobnost tumorske stanice da se prilagodi novom okruženju će stoga odrediti okoliš i stanične vrste s izvornog mjesta, na koje se već mukotrpno prilagodila.
Pa kako se sva ova teorija može primijeniti u stvarnom životu? Ekološki pristup razumijevanju raka toliko je složen da isključuje uobičajene eksperimente; lako bi mogli pogriješiti s toliko različitih komponenti koje treba razmotriti. Umjesto toga, istraživači predlažu da se okrenu matematici i računarstvu kako bi razumjeli veći okolišni kontekst koji dovodi do raka. Ekolozi koriste jedan takav matematički pristup, teoriju igara, kao način za proučavanje evolucijske biologije i načina na koji životinje stupaju u interakciju:
Sila prirodne selekcije održava ekosustav usredotočenim na optimizaciju suštine: dugoročnu reprodukciju. U igrama koje su proučavali teoretičari evolucijskih igara pojedinci se natječu za raspoložive resurse koristeći različite strategije. Ove značajke i ponašanja, poznati kao fenotipska strategija, određuju pobjednike i gubitnike evolucije.
Strategije ponašanja mogu se mijenjati ovisno o prirodi životinje i kontekstu situacije. Evo hipotetičkog primjera, temeljenog na razmišljanju teorije igara: Ako se dvije hijene kopaju u velikom, ukusnom trupu diva, rado će dijeliti taj resurs. Ali ako dva lava pronađu isti trup, borit će se za ekskluzivno pravo na njegovo jedenje, što znači da jedan lav pobjeđuje i uzima sve mesnate plijen, dok drugi ne dobiva hranu - plus je ozlijeđen. Konačno, ako lav sretne hijenu na lešinu, hijena će stegnuti, predajući svoju robu jačem lavu. Drugim riječima, igrači teorije igara mogu reagirati na jedan od tri načina, ovisno o tome tko su i što se događa: mogu dijeliti, boriti se ili izgubiti.
Poput koplja bistre džungle ili invazivne vrste koja se polako širi i ostavlja trag oštećenja u svojoj zanosu, tumor, poput onog gore, utječe i na njega utječe tkivo u njegovoj okolini. Fotografirao korisnik Flickr Ed Uthman
Slične igre mogu se igrati s tumorskim stanicama. "Dobar primjer bi bio tumor sa stanicama koje se odmiču kada se suočavaju sa oskudnim resursima (pokretnim) i stanicama koje ostaju da ih koriste (proliferativno)", pišu autori. Međutim, kako bi stvari postale još složenije, poznato je da tumorske stanice mijenjaju svoje ponašanje dok se razmnožavaju i metastaziraju po cijelom tijelu, što znači da mogu preći iz hijene u lavu.
Nadalje, ono što ključna teorija igre pokazuje na razini ekosustava pokazuje da neselektivno usredotočenje na ubijanje što više tumorskih stanica možda ne može pružiti najbolji ishod za pacijenta. Prema modelima teorije igara, eventualni dugoročni rezultat igre ovisi o specifičnim interakcijama igrača, a ne o broju sudionika. Lavovi će se i dalje boriti jedni za druge, bez obzira da li se susreću dva lava ili 2.000 lavova. „Liječenje temeljeno isključivo na neselektivnom uklanjanju većine (ali ne svih) stanica raka može imati samo privremeni učinak; kao i u većini slučajeva, izvorni broj tumorskih stanica s vremenom će se obnoviti i premašiti ", pišu autori.
Umjesto toga, teorija igara ukazuje da bi se učinkovitija alternativa temeljila na pokušaju promjene načina na koji ćelije međusobno djeluju i sa svojim okruženjem. To može utjecati na ponašanje, snagu i reproduktivni uspjeh stanica, objašnjavaju autori, što bi moglo dovesti do evolucije tumora prema manje agresivnim staničnim tipovima ili do stabilnijeg suživota s stanicama koje nisu karcinomi.
"Pogled na ekosustav, u konačnici, holistički je onaj koji vidi progresiju raka kao proces koji proizlazi iz interakcija između više staničnih vrsta i interakcija s mikrokoljinom tumora", pišu autori. „Perspektiva ekosustava daje nam intrigantne implikacije“, kažu oni, zajedno s nizom pitanja o tome koliko se analogija između ekosustava i raka može uzeti.
Na primjer, ako se stanice karcinoma šire kao invazivna vrsta kroz ekosustav, koji se evolucijski dobitak postiže kada je zatvoreni ekosustav (tijelo) nepovratno oštećen (čovjekovom smrću) tako da štetnost također umire? Za razliku od virusa, koji može ubiti svog domaćina, ali se proširiti i na druge domaćine u tom procesu, same stanice raka uglavnom nemaju načina širenja s pojedinca na pojedinca. I uzimaju li stanice karcinoma proces uslijed natjecanja ili suradnje? Razmišljajući li proaktivno, može li se nekancerogene stanice pokrenuti tako da se ponašaju poput lavova i uzurpiraju resurse stanica raka dok rak ne uspije?
Iako ekologija i matematika vjerojatno neće pobijediti rak sami, promatranje bolesti iz ove perspektive moglo bi omogućiti liječnicima da bolje predvidi gdje u tijelu stanice tumora imaju najbolje i najgore šanse za preživljavanje i kako ih najučinkovitije spriječiti da se razmnožavaju.
„Srž stvari je da ekološki prikaz tumora ne poništava, već nadopunjuje i nadograđuje desetljećima istraživanja karcinoma i nesumnjivo će to dovesti do boljeg razumijevanja biologije raka i do novih i poboljšanih terapija“, zaključuju istraživači, „Trebamo pravilno razumjeti stabla (npr. Svaki list, grančicu i grančicu) prije nego što shvatimo šumu, ali ne možemo si priuštiti da zanemarimo šumu jer su drveća sama po sebi toliko zanimljiva.“
