Трехмерная культура клеток рака молочной железы человека с ДНК, окрашенной синим цветом, и белком на мембране клеточной поверхности, окрашенным в зеленый цвет. Изображение создано в 2014 году Томом Мистели, Ph.D., и Карен Миберн, доктор философии.D. в NIH IRP.
В наиболее полном на сегодняшний день обзоре того, как развивается рак груди, ученые создали подробную карту, которая описывает множество способов, которыми химические вещества окружающей среды могут вызвать болезнь. Используя ионизирующее излучение в качестве модели, исследователи определили ключевые механизмы в клетках, которые при разрушении вызывают рак груди. Поскольку результаты могут быть обобщены на другие канцерогены окружающей среды, они могут помочь регулирующим органам определить химические вещества, которые увеличивают риск рака груди.
"Мы знаем, что воздействие токсичных химикатов может играть важную роль в развитии рака груди," говорит Рутанн Рудель, токсиколог-эколог из Института тихой весны и один из соавторов исследования. "Тем не менее, когда регулирующие органы пытаются оценить, является ли химическое вещество вредным или нет, тесты, которые они используют, не фиксируют воздействие на грудь. Этот пробел в тестировании означает, что потенциальным канцерогенам молочной железы дан зеленый свет для использования в наших потребительских товарах."
Рак молочной железы является наиболее распространенным инвазивным раком у женщин, с самым высоким уровнем заболеваемости в Северной Америке и Европе, а во всем мире этот показатель растет. Поскольку только от 5 до 10 процентов случаев рака груди возникают из-за наследственных мутаций высокого риска, таких как BRCA1 и BRCA2, ученые говорят, что для предотвращения рака груди в будущем и снижения заболеваемости необходимо лучшее понимание того, как факторы окружающей среды способствуют развитию заболевания.
С этой целью исследователи из Silent Spring изучили ионизирующее излучение – установленный фактор риска рака груди. Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения из многих источников, включая рентгеновские лучи, компьютерную томографию и лучевую терапию. Воздействие радиации на рак груди широко изучалось, в основном на основе исследований выживших после атомных бомбардировок в Хиросиме и Нагасаки, а также женщин, подвергшихся медицинскому облучению в подростковом возрасте.
В отчете в журнале Archives of Toxicology Рудель и соавтор Джессика Хелм проанализировали 467 исследований, чтобы определить последовательность биологических изменений, которые происходят в клетках и тканях груди с момента радиационного воздействия до образования опухоли. Затем они создали карту этих последовательных изменений, выявив несколько взаимосвязанных путей, по которым ионизирующее излучение приводит к раку груди.
Исследователи создали карту, используя структуру, названную «Путь неблагоприятного исхода» (АОП). АОП были разработаны Организацией экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) как способ показать, как развиваются сложные заболевания, и помочь регулирующим органам, производителям химических веществ и фармацевтическим компаниям предсказать, как химические вещества могут влиять на болезни на ранних этапах исследовательского процесса.
"Оказывается, неудивительно, что рак груди намного сложнее, чем то, как его изображают в традиционных моделях рака," говорит Рудель. В традиционных моделях ионизирующее излучение вызывает рак груди исключительно из-за повреждения ДНК. Новая модель Silent Spring объединяет последние открытия в биологии рака, которые показывают, что радиация, помимо повреждения ДНК, также увеличивает производство молекул, называемых реактивными формами кислорода и азота. Эти молекулы сеют хаос внутри клеток, вызывая воспаление, изменяя ДНК и нарушая другие важные биологические процессы.
"Это важное исследование подчеркивает необходимость комплексного рассмотрения механистических данных при выявлении потенциальных канцерогенов," говорит Кэтрин Гайтон, старший токсиколог Международного агентства по изучению рака. "На самом деле существует несколько ключевых характеристик канцерогенов. Мы все больше осознаем, что канцерогены человека могут проявлять различные комбинации этих ключевых характеристик."
Команда Silent Spring также обнаружила, что биологические изменения, которые приводят к раку груди, сильно зависят от репродуктивных гормонов, таких как эстроген и прогестерон. Репродуктивные гормоны стимулируют пролиферацию клеток в груди, поэтому химические вещества, которые аналогичным образом стимулируют пролиферацию клеток, могут сделать грудь более восприимчивой к опухолям. "Критические периоды развития, такие как период полового созревания или беременности, когда грудь претерпевает важные изменения, – это периоды, когда грудь особенно уязвима," говорит Рудель.
Чтобы восполнить пробелы в тестировании химической безопасности, исследователи Silent Spring определили серию тестов, которые регуляторы могут использовать для поиска химических веществ, которые нарушают пути, указанные в их новой модели. Химические вещества, которые нарушают эти пути, будут рассматриваться как потенциальные канцерогены груди, что препятствует их использованию в продуктах.
"Это исследование является неоценимым вкладом в развитие отрасли и настоящим тревожным сигналом для регулирующих органов," говорит Линда Бирнбаум, бывший директор Национального института гигиены окружающей среды. "Придерживаясь чрезмерно упрощенной модели того, как химические вещества вызывают рак, регулирующие органы упускают важную информацию, потенциально позволяя токсичным химическим веществам попадать в наши продукты, наш воздух и нашу воду."
Проект АОП является частью программы безопасных химикатов Института тихой весны, в рамках которой разрабатываются новые рентабельные способы проверки химических веществ на их воздействие на грудь. Знания, полученные в результате этих усилий, помогут государственным органам более эффективно регулировать химические вещества и помогут компаниям в разработке более безопасных продуктов.