Da fyrbiller invaderede nordamerikanske skove, kastede de et delikat økosystem ud af balance. Kræftceller opfører sig også som ødelæggende invasive arter. Foto af Flickr-bruger Kneale Quayle
Nogle gange er det at tænke på et gammelt problem fra en forfriskende ny vinkel bare det, der er nødvendigt for at finde det eureka øjeblik.
Kræft, en af de mest berygtede medicinske sygdomme, er blevet undersøgt intenst i den moderne æra af moderne medicin. Men et stigende antal forskere mener, at det at føre en frisk, out-of-the-box tilgang til forståelse af sygdommen kan føre til nogle nye indsigter og måske løsninger. Og det emne, som de håber, kan tjene som et vindue i studiet af kræft kan overraske dig: økologi.
På grund af pålydende værker onkologi og økologi meget forskellige. For det første er den ene lokaliseret til specifikke celler i kroppen, mens den anden per definition spænder over hele kloden. Men snarere end at mærke kræft som en gruppe af muterede celler, skal vi, som tanken tænker, se kræft som en forstyrrelse i balancen i et komplekst mikro-miljø i menneskekroppen. Ligesom en ødelæggende invasiv bille, der spiser sig gennem skove i Colorado, en ny sygdom, der bryder ud i bestande af vilde fugle, eller skovhuggere, der klipper dele af Amazonas regnskov, kaster kræft en abenøgle ind i et ellers roligt, afbalanceret system.
Denne tankegang får kræft til at virke endnu mere kompliceret end den allerede er, men den kunne give indsigt, der i sidste ende gør kræft mere behandlingsmæssigt, foreslår forskere fra Moffet Cancer Center i et papir, der er offentliggjort i tidsskriftet Interface Focus .
”Det er kendt, at Einstein har sagt, at alt skal gøres så enkelt som muligt, men ikke enklere, ” skriver de. ”Det viser sig, at kompleksiteten har sin plads, og så praktisk som det ville være for kræftbiologer at undersøge tumorceller isoleret, giver det lige så meget mening som at prøve at forstå frøer uden at overveje, at de har tendens til at leve i nærheden af sumpe og fest på insekter .”
Vi har en tendens til kun at tænke på kræft i form af muterede celler, fortsætter forfatterne. Men at anvende denne snævre tilgang er som at prøve at forstå, hvorfor en frø har en klæbrig tunge uden at tage hensyn til, at frøer bruger deres tunger til at fange insekter. Kræftceller har ligeledes brug for kontekst. En glupsk kræftcelle, for eksempel, kan placere sig ved siden af et blodkar ikke tilfældigt, men så den kan få flere næringsstoffer og ilt til at understøtte dens ubegrænsede opdeling.
Kræftceller skal konkurrere i kroppen om næringsstoffer og andre ressourcer, ligesom dyr, der lever i et miljø, skal konkurrere med hinanden for at overleve. Det betyder, at kræft, ligesom enhver organisme, skal tilpasse sig sit miljø for at kunne trives. Forskerne forklarer:
Det begynder nu at blive almindeligt accepteret, at kræft ikke kun er en genetisk sygdom, men den, i hvilken evolution spiller en afgørende rolle. Dette betyder, at tumorceller udvikler sig, tilpasser sig og ændrer miljøet, de lever i. De, der ikke gør det, vil i sidste ende uddøde. De, der gør det, vil have en chance for at invadere og metastasere. En tumorcells kapacitet til at tilpasse sig et nyt miljø vil således blive bestemt af miljøet og den cellulære art fra det originale sted, som den allerede er omhyggeligt tilpasset.
Så hvordan kan al denne teori anvendes i det virkelige liv? Miljøtilgangen til forståelse af kræft er så kompleks, at den udelukker normale eksperimenter; de kunne nemt gå galt med så mange forskellige komponenter at overveje. I stedet foreslår forskerne at vende sig mod matematik og beregning for at forstå den større miljømæssige kontekst, der fører til kræft. Økologer bruger en sådan matematisk tilgang, spilteori, som en måde at studere evolutionær biologi og måden dyr interagerer på:
Den naturlige selektions kraft holder økosystemets borgere fokuseret på at optimere bundlinjen: langvarig reproduktion. I de spil, der studeres af evolutionære spilteoretikere, konkurrerer individer om tilgængelige ressourcer ved hjælp af en række strategier. Disse funktioner og adfærd, kendt som den fænotype strategi, bestemmer vinderne og taberne af evolutionen.
Adfærdsstrategier kan ændre sig afhængigt af både et dyrs art og situationens kontekst. Her er et hypotetisk eksempel, der er baseret på spilteorietankegang: Hvis to hyener graver sig ind i en stor, velsmagende gnuerkrop, deler de med glæde den ressource. Men hvis to løver finder den samme slagtekrop, vil de kæmpe for eksklusive rettigheder til at spise det, hvilket betyder, at den ene løve kommer sejrrig og tager alle de kødfulde bytter, mens den anden ikke får mad - plus er såret. Til sidst, hvis en løve møder en hyene ved slagtekroppen, vil hyene boltre sig og overgive sine varer til den stærkere løve. Med andre ord kan spilteoriespillere reagere på en af tre måder, afhængigt af hvem de er, og hvad der foregår: de kan dele, kæmpe eller fortabe.
Som et skår af klarskåret jungel eller en invasiv art, der langsomt spreder sig og efterlader et spor af skader i dens kølvandet, påvirker og påvirkes tumorer, som den ovenfor, af vævet i det omgivende miljø. Foto af Flickr-bruger Ed Uthman
Lignende spil kan spilles med tumorceller. ”Et godt eksempel ville være en tumor med celler, der bevæger sig væk, når de konfronteres med knappe ressourcer (motil) og celler, der bliver ved for at bruge dem (proliferativ), ” skriver forfatterne. For at gøre tingene endnu mere komplicerede er det imidlertid kendt, at tumorceller ændrer deres adfærd, når de spreder sig og metastaserer i hele kroppen, hvilket betyder, at de kunne skifte fra en hyene til en løve.
En vigtig ting, som spilteori på et økosystemniveau viser os, de fortsætter, er, at udelukkende fokusering på at dræbe så mange tumorceller som muligvis ikke giver det bedste resultat for patienten. I henhold til spilteorimodeller afhænger det eventuelle langsigtede resultat af spillet af specifikke interaktioner mellem spillerne, ikke af antallet af involverede spillere. Lions vil fortsætte med at kæmpe mod hinanden for mad, uanset om to løver eller 2.000 løver mødes. ”En behandling, der udelukkende er baseret på vilkårlig fjernelse af de fleste (men ikke alle) kræftceller, kan kun have en midlertidig virkning; som i de fleste tilfælde vil det oprindelige antal tumorceller til sidst blive gendannet og overskredet, ”skriver forfatterne.
I stedet indikerer spilteori, at et mere effektivt alternativ ville være baseret på at forsøge at ændre måderne, som celler interagerer med hinanden og med deres miljø. Dette kan have indflydelse på cellernes adfærd, styrke og reproduktionssucces, forklarer forfatterne, hvilket kan føre til en tumors udvikling mod mindre aggressive celletyper eller til en mere stabil sameksistens med ikke-kræftceller.
”Synet på økosystemet er i sidste ende en holistisk, der ser kræftfremskridt som en proces, der fremgår af interaktionen mellem flere cellulære arter og interaktioner med tumormikromiljøet, ” skriver forfatterne. ”Et økosystemperspektiv giver os spændende konsekvenser, ” siger de sammen med en række spørgsmål om, hvor langt analogien mellem økosystemer og kræft kan tages.
For eksempel, hvis kræftceller spreder sig som en invasiv art gennem et økosystem, hvilken evolutionsgevinst opnås, når det lukkede økosystem (et legeme) er uopretteligt beskadiget (gennem en persons død), således at pestilensen også dør? I modsætning til en virus, der muligvis dræber sin vært, men spredes til andre værter i processen, har kræftceller selv for det meste ingen midler til at sprede sig fra individ til individ. Og tager kræftceller deres signaler fra processer drevet af konkurrence eller fra samarbejde? Kan man tænke mere proaktivt, kan ikke-kræftceller udløses, så de opfører sig som løver og anvender kræftcellernes ressourcer, indtil kræften er håndterbar?
Mens økologi og matematik sandsynligvis ikke vil besejre kræft alene, kan det at se sygdommen fra dette perspektiv gøre det muligt for lægerne bedre at forudsige hvor i kroppen tumorceller har de bedste og værste chancer for at overleve, og hvordan de mest effektivt forhindrer dem i at spredes.
”Hjertet med sagen er, at et økologisk syn på tumorer ikke ugyldige, men komplementerer og bygger på årtiers kræftforskning, og det vil uden tvivl føre til en bedre forståelse af kræftbiologien og til nye og forbedrede terapier, ” konkluderer forskerne. . ”Vi er nødt til at forstå træerne ordentligt (f.eks. Hvert blad, kvist og gren), før vi kan forstå skoven, men vi har ikke råd til at ignorere skoven, fordi træerne er så interessante på egen hånd.”
