Новый анализ крови позволяет выявить рак на 10 лет раньше

Вирус папилломы человека (ВПЧ) является причиной около 70 % случаев рака головы и шеи в США, что делает его ведущим видом рака, связанным с ВПЧ, и одним из тех, частота которого продолжает расти с каждым годом. В отличие от рака шейки матки, который можно выявить с помощью планового скрининга, в настоящее время не существует теста, позволяющего выявить рак головы и шеи, связанный с ВПЧ, до появления симптомов. В результате большинство пациентов получают диагноз только после того, как опухоль разрослась до миллиардов клеток, часто распространившись на близлежащие лимфатические узлы и вызвав заметные симптомы. Выявление этих видов рака на гораздо более ранней стадии могло бы обеспечить своевременное лечение и лучшие результаты.

Новое исследование, финансируемое федеральным правительством и опубликованное в Journal of the National Cancer Institute исследователями из Mass General Brigham, представляет многообещающий прорыв. Команда разработала тест жидкостной биопсии под названием HPV-DeepSeek, который может выявлять рак головы и шеи, связанный с ВПЧ, за 10 лет до появления симптомов. По словам исследователей, раннее выявление заболевания может увеличить шансы на успешное лечение и снизить необходимость в агрессивных методах терапии.

HPV-DeepSeek использует секвенирование всего генома для выявления следов фрагментов ДНК ВПЧ, которые отделились от опухоли и попали в кровоток. Ранее исследования этой группы показали, что тест может достигать 99% специфичности и 99% чувствительности в выявлении рака на начальной стадии клинического проявления, превосходя все существующие методы диагностики.

Чтобы выяснить, может ли HPV-DeepSeek выявлять эти виды рака задолго до появления симптомов, исследователи проанализировали 56 образцов крови из биобанка Mass General Brigham. В число образцов входили 28 образцов от людей, у которых впоследствии развился связанный с ВПЧ рак головы и шеи, и 28 образцов от здоровых людей, которые служили контрольной группой.

HPV-DeepSeek обнаружил ДНК опухоли ВПЧ в 22 из 28 образцов крови пациентов, у которых впоследствии развился рак, в то время как все 28 контрольных образцов дали отрицательный результат, что указывает на высокую специфичность теста. Тест лучше обнаруживал ДНК ВПЧ в образцах крови, которые были взяты ближе к моменту постановки диагноза пациентам, и самый ранний положительный результат был получен для образца крови, взятого за 7,8 года до постановки диагноза.

Радиотелескоп MeerKAT демонстрирует невидимые кольца Млечного Пути

Радиоастрономия открывает окно в невидимую вселенную. В то время как наши глаза могут улавливать видимый свет, бесчисленные объекты в космосе излучают радиацию с гораздо большей длиной волны, в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Там, где видимый свет блокируется межзвёздной пылью, радиоволны проходят беспрепятственно, раскрывая объекты, которые остаются полностью невидимыми для традиционных телескопов. Радиотелескопы улавливают эти волны, раскрывая явления, которые оптические телескопы просто не могут увидеть. Радиоволны также проникают через атмосферу Земли гораздо легче, чем многие другие длины волн, что делает наземные радиообсерватории невероятно эффективными инструментами для исследования Вселенной.

MeerKAT — один из таких радиотелескопов, а точнее, сеть из 64 антенн, распределённых на восьмикилометровой территории в Южной Африке. Работая на частоте 1,3 ГГц, он обнаружил ранее неизвестные кольцеобразные структуры во время исследования галактической плоскости. Что делает эти кольца особенно интересными, так это их огромное разнообразие. Около 40% из них содержат изолированные инфракрасные источники в своих центрах, в то время как примерно половина демонстрирует расширенные структуры, видимые в средних или дальних инфракрасных длинах волн. Несколько колец появляются только в радиоастрономических наблюдениях и не видны на других длинах волн. Почти каждое пятое кольцо имеет центральный точечный источник радиоизлучения, что позволяет предположить наличие в нём постоянной звёздной активности.

Происхождение этих загадочных кругов охватывает весь спектр эволюции звёзд. Некоторые из них, вероятно, являются планетарными туманностями — газовыми и пылевыми остатками умирающих звёзд. Другие могут быть расширяющимися оболочками материала от звёздных взрывов или оболочками новых звёзд от менее сильных звёздных взрывов. Исследователи также предполагают, что многие кольца происходят от эволюционировавших массивных звёзд, таких как звёзды Вольфа-Райе и яркие голубые переменные звёзды, чьи мощные звёздные ветры сдувают их внешние слои.

Помимо звёздного происхождения, некоторые кольца могут иметь более экзотические объяснения. Некоторые из них могут быть далёкими галактиками, искривлёнными гравитационным линзированием, или даже примерами странных радиокругов, недавно открытого класса астрономических объектов, природа которых по-прежнему остаётся предметом дискуссий. Однако команде удалось предложить предварительную классификацию почти 60% своей выборки путём перекрёстного сопоставления наблюдений в нескольких длинах волн и существующих астрономических каталогов. Окончательные ответы об их происхождении потребуют последующих наблюдений с помощью инструментов с ещё более высоким разрешением.

Математики создают наземные телескопы, успешно конкурирующие с космическими обсерваториями

У наземных телескопов есть фундаментальная проблема, которую невозможно решить инженерно. Они пытаются наблюдать Вселенную через атмосферу Земли, постоянно движущийся слой воздуха, который искажает и размывает поступающий свет. Космические телескопы, такие как «Хаббл», легко обходят эту проблему, работая над атмосферой, но они могут фотографировать только крошечные участки неба. Теперь исследователи из Университета Джонса Хопкинса разработали хитрое математическое решение, которое может дать наземным телескопам качество изображения, близкое к космическому, при этом сохраняя их способность наблюдать обширные участки космоса!

Новый алгоритм, названный ImageMM, использует сложные математические методы, чтобы проникнуть сквозь атмосферную турбулентность и воссоздать то, как на самом деле выглядит небо за всеми этими помехами. Тамаш Будавари, астроном и математик, возглавлявший исследование, объясняет, что улучшение чёткости изображения не только даёт нам более красивые картинки. Оно позволяет телескопам обнаруживать более тусклые, более удалённые объекты и расширяет границы того, что можно наблюдать с поверхности Земли.

Яшил Сукурдип, математик из Университета Джонса Хопкинса, разработавший этот алгоритм, описывает его как способность «увидеть» сквозь беспокойную прозрачную завесу и обнаружить резкое, чёткое изображение, скрытое за ней. Метод основан на математической технике, называемой «мажоризация-минимизация», специально адаптированной для астрономических приложений.

Ранние тесты с использованием данных с телескопа Subaru на Гавайях наглядно продемонстрировали возможности алгоритма. Система обрабатывала размытые, зашумлённые изображения за считанные секунды, раскрывая сложные детали, такие как спиральная структура далёких галактик, с беспрецедентной чёткостью. Особую ценность ImageMM придаёт его способность обрабатывать несовершенства, которые мешают реальным наблюдательным данным. В отличие от существующих инструментов, он эффективно удаляет шумы и размытость, одновременно обрабатывая отсутствующие значения пикселей, которые часто встречаются во время наблюдений. Сукурдип отмечает, что, хотя астрономы никогда не будут иметь идеальной реальной информации для сравнения, этот подход представляет собой наиболее близкий к идеальному варианту реконструкции, который можно достичь в настоящее время.

Загадка фотосинтеза наконец-то решена спустя несколько десятилетий

Учёные из Индийского института науки (IISc) и Калифорнийского технологического института (Caltech) наконец-то разгадали давнюю загадку о самых ранних этапах фотосинтеза — жизненно важном процессе, посредством которого растения, водоросли и некоторые бактерии улавливают солнечный свет для производства кислорода и энергонасыщенных соединений.

Их исследования показывают, почему первые движения электронов, которые имеют решающее значение для передачи энергии, происходят только через одну сторону ключевой структуры белка-пигмента. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Фотосинтез — это последовательность реакций, в ходе которых электроны перемещаются между несколькими молекулами пигмента. Несмотря на то что этот процесс изучается уже несколько десятилетий, его по-прежнему сложно полностью объяснить, поскольку он включает в себя множество сложных компонентов, протекает с чрезвычайно высокой скоростью и немного варьируется у разных видов. Более глубокое понимание этих этапов может помочь учёным разработать эффективные искусственные системы, такие как синтетические листья и технологии производства топлива на основе солнечной энергии, которые повторяют природные процессы.

У большинства форм жизни, использующих фотосинтез, процесс начинается с белково-пигментного комплекса, известного как фотосистема II (PSII). Этот комплекс улавливает солнечный свет и расщепляет молекулы воды, выделяя кислород и направляя электроны к другим молекулам в цепочке передачи энергии.

PSII содержит две почти идентичные ветви, известные как D1 и D2, окружённые четырьмя молекулами хлорофилла и двумя родственными пигментами, называемыми феофитинами. Они симметрично расположены и соединены с переносчиками электронов, известными как пластохиноны. Теоретически, электроны должны перемещаться от хлорофилла к феофитину, а затем к пластохинону по обеим ветвям.

Однако эксперименты постоянно показывают, что электроны движутся только по ветви D1 — это на протяжении многих лет ставило учёных в тупик. Чтобы исследовать этот дисбаланс, команда объединила молекулярные динамические симуляции, квантово-механический анализ и теорию Маркуса (модель, удостоенная Нобелевской премии, которая описывает процесс переноса электронов) для построения диаграммы энергетических моделей в обоих путях.

Команда обнаружила, что ветвь D2 имеет гораздо более высокий энергетический барьер, что делает перенос электронов энергетически невыгодным. В частности, для переноса электронов от феофитина к пластохинону в D2 требуется в два раза больше энергии активации, чем в D1 — барьер, который электроны, по-видимому, не могут преодолеть, что препятствует продвижению энергии вперёд.

Исследователи также смоделировали токо-напряжённые характеристики обеих ветвей и обнаружили, что сопротивление движению электронов в D2 было на два порядка выше, чем в D1.

Исследователи предполагают, что на асимметрию электронного потока могут также влиять незначительные различия в белковой среде вокруг PSII и в том, как пигменты встроены в неё. Например, хлорофилловый пигмент в D1 имеет состояние возбуждения при более низкой энергии, чем его аналог в D2, что позволяет предположить, что пигмент D1 имеет больше шансов притягивать и переносить электроны.

Исследователи также предполагают, что изменение некоторых из этих компонентов может усилить или перенаправить электронный поток через PSII. Например, замена хлорофилла и феофитина в D2 может преодолеть электронный блок, поскольку хлорофилл требует более низкой энергии активации, чем феофитин.

Экспериментальная «супервакцина» остановила рак в лабораторных условиях

Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте показали, что их вакцина на основе наночастиц может успешно предотвращать несколько агрессивных видов рака у мышей, включая меланому, рак поджелудочной железы и трижды негативный рак молочной железы. В зависимости от типа рака, до 88% вакцинированных мышей оставались без опухолей (в зависимости от типа рака), а вакцина также уменьшала — а в некоторых случаях полностью предотвращала — распространение рака по всему организму.

Авторы работы ранее показали, что лекарство на основе наночастиц может уменьшать или устранять опухоли у мышей. Новые результаты показывают, что этот подход также может предотвращать и само образование рака.

В первом эксперименте команда объединила систему наночастиц с хорошо изученными пептидами меланомы (называемыми антигенами, аналогично тому, как вакцина от гриппа обычно содержит части инактивированного вируса гриппа). Эта формула активировала иммунные клетки, известные как Т-клетки, обучая их обнаруживать и уничтожать клетки меланомы. Через три недели вакцинированные мыши были подвергнуты воздействию меланомы.

80% мышей, которым вводили вакцину с «суперадъювантом» на основе наночастиц, остались без опухолей и выжили в течение всего периода исследования (250 дней). Все мыши, которым вводили традиционные вакцины, препараты без наночастиц или не вводили вакцины вообще, заболели раком и умерли в течение 35 дней.

Вакцина также предотвратила распространение рака на лёгкие. Когда мыши были системно подвергнуты воздействию клеток меланомы для имитации метастазирования, ни одна из мышей, вакцинированных наночастицами, не развила опухолей лёгких, в то время как все остальные мыши заболели.

На первом этапе испытаний использовалась вакцина с известными антигенами, разработанная для лечения меланомы. Однако создание антигенов для каждого типа рака может потребовать обширного секвенирования генома или биоинформатического анализа. Чтобы упростить процесс, исследователи протестировали вторую версию, в которой использовались убитые опухолевые клетки, называемые опухолевым лизатом, полученные непосредственно из самой опухоли. Мыши, вакцинированные этой наночастичной вакциной на основе лизата, впоследствии подвергались воздействию клеток меланомы, аденокарциномы поджелудочной железы или тройного отрицательного рака молочной железы.

Результаты были впечатляющими: 88 % мышей с раком поджелудочной железы, 75 % с раком молочной железы и 69 % с меланомой избегали образования опухолей. Кроме того, все мыши, у которых после вакцинации не образовались опухоли, также сопротивлялись метастазированию при системном воздействии раковых клеток.