Ученые из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне вместе с коллегами из клиники Мэйо и Университета Техаса в Остине обнаружили, что доброкачественные и раковые отложения фосфата кальция в груди, которые на маммограмме выглядят совершенно одинаково, на самом деле имеют разную структуру и формируются по-разному. Это первое исследование, которое так подробно описывает процесс образования кальцинатов в тканях молочной железы.

Полученные данные помогут установить новые диагностические критерии, что в будущем может сократить количество ненужных биопсий при доброкачественных образованиях и направить разработку новых методов лечения.

Подробности опубликованы в издании Scientific Reports.

Плотные кальцинаты — частое явление в тканях груди. Они хорошо видны на маммограмме, и врачи используют эти снимки, чтобы классифицировать находки как доброкачественные, вероятно доброкачественные или подозрительные, — объясняет руководитель исследования Брюс Фоук, профессор наук о Земле и окружающей среде в Университете Иллинойса. — Но большинство биопсий участков, признанных подозрительными, в итоге оказываются доброкачественными. Это значит, что пациентки прошли через болезненную процедуру без реальной необходимости. Мы хотим, чтобы маммография стала более точной и позволяла надежнее отличать доброкачественные заболевания от рака.

Группа Фоука стала пионером в области «ГеоБиоМед» — сочетания геологии, биологии и медицины, — и ранее уже применяла этот подход к изучению камней в почках и кальцинатов в сердце.

В новой работе ученые исследовали образцы тканей, взятые при биопсии у пациенток с доброкачественной дисплазией молочной железы и протоковым раком in situ. Эти образцы были получены в ходе длительного исследования клиники Мэйо. Чтобы зафиксировать минеральные характеристики образований, исследователи применили 12 различных методов анализа, включая целый набор световых, лазерных и электронных микроскопов, а также методы рентгеновской и рамановской спектроскопии.

Мы разработали этот аналитический арсенал для понимания сложных путей минерализации, — говорит Маянди Сивагуру, ведущий автор статьи. — Предыдущие исследования часто ограничивались парой стандартных методик, которых не хватало для комплексной оценки здоровья груди и развития болезни. Нам нужен был целостный подход, чтобы увидеть полную картину, которая записана внутри самих кальцинатов — детальную историю их формирования.

Исследователи выяснили, что кальцинаты состоят из аморфного фосфата кальция — минерала, способного менять форму и перестраиваться. До этого долгое время считалось, что они состоят из кристаллического фосфата кальция, такого как в костях, — гидроксиапатита. Команда проанализировала слои этих отложений и проследила, как они начинаются с мелких сфер, которые затем сливаются в узелки. Эти узелки, в свою очередь, «замуровывают» в себе клетки и включают другие молекулы, например, белки, воскообразные вещества и холестерин.

Форма и процесс роста кальцинатов в доброкачественных и раковых образцах различались. Например, при доброкачественной дисплазии узелки были более сферическими и имели концентрические слои, в то время как раковые кальцинаты чаще были вытянутыми и неправильной формы. Некоторые раковые узелки также демонстрировали процесс, похожий на окаменение, характерный для окаменелого дерева, отмечает Фоук.

Типы узелков аморфного фосфата кальция, которые мы увидели, были совершенно неизвестны науке и устанавливают совершенно новую классификационную систему для различения доброкачественной дисплазии и рака in situ. У каждого типа разное происхождение и история формирования, которые отражают изменения в физиологии молочной железы. Это сильно коррелирует с тем, был ли образец биопсии определен как доброкачественный, возможно доброкачественный или подозрительный.

Тот факт, что кальцинаты состоят из аморфного, а не кристаллического фосфата кальция, открывает возможность для лечения доброкачественной дисплазии, поскольку известны лекарства, способные растворять такие отложения. Если доброкачественные кальцинаты можно будет растворять, то ошибок в интерпретации маммограмм станет меньше, и миллионы женщин избегут ненужных биопсий, полагает Сивагуру.

Сотрудничество между нашими командами позволило применить современные аналитические инструменты, чтобы связать знания геологии со здравоохранением, — говорит соавтор исследования Рохит Бхаргава. — Уникальное партнерство в нашем университете и великолепное сотрудничество с исследователями клиники Мэйо потенциально может привести к улучшению помощи при раке груди, поскольку мы изучаем болезнь с уникального ракурса.

Дальнейшие шаги ученых — охарактеризовать кальцинаты при более поздних стадиях инвазивного рака молочной железы и выяснить, играют ли кальцинаты роль в переходе рака in situ в инвазивную форму. Они также надеются изучить эти отложения с помощью «ГеоБиоЯчейки» — экспериментального микрофлюидного устройства, разработанного командой из Иллинойса.

Это дорожная карта для будущего контролируемого экспериментального тестирования. Например, если мы хотим узнать, повлияет ли потребление женщиной большего количества воды на количество или тип кальцинатов в груди, мы можем пропускать больше или меньше воды и жидкостей молочной железы через образцы в ГеоБиоЯчейке и отслеживать, как растут кальцинаты. Точно так же мы можем сочетать эффективность лекарств и комбинаций различных растительных экстрактов для поиска новых терапевтических агентов. Наша цель — предсказывать и в конечном счете предотвращать образование кальцинатов, снижать количество ошибочных диагнозов по маммограммам и закладывать основу для разработки методов лечения, — заключает Фоук.

Реальная польза этого исследования носит многоуровневый характер.

• Во-первых, и это самое главное, — это прямой путь к повышению точности диагностики рака молочной железы. Если открытые различия в структуре кальцинатов удастся встроить в алгоритмы анализа маммограмм, количество напрасных биопсий, которые являются стрессовой и инвазивной процедурой для женщин, может резко сократиться. Это разгрузит медицинскую систему и снизит психологическую нагрузку на пациенток.
• Во-вторых, понимание того, что мы имеем дело с аморфным, а не кристаллическим фосфатом кальция, открывает терапевтическое окно. Появляется возможность не просто наблюдать за доброкачественными образованиями, а активно их лечить, растворяя препаратами. Это переход от пассивного наблюдения к активному управлению здоровьем.

В долгосрочной перспективе это исследование закладывает фундамент для принципиально новых, неинвазивных методов профилактики и терапии.

Основное критическое замечание касается стадии исследования. Работа проводилась на биопсийном материале, то есть на уже изъятых тканях. Пока не доказано, что выявленные структурные различия между кальцинатами можно достоверно и массово определять неинвазивно, непосредственно на маммограмме или с помощью других методов визуализации (например, модифицированной МРТ или спектральной маммографии). Для внедрения в клиническую практику необходимы масштабные проспективные исследования, которые покажут, как эта «новая классификационная система» работает в реальном времени, на живых пациентах, а не на образцах в лаборатории. Кроме того, потенциальная терапия по растворению аморфного фосфата кальция требует тщательной проверки на безопасность, чтобы не нарушить нормальный минеральный обмен в других тканях организма.

Ранее ученые пришли к выводу, что лечение рака груди ускоряет старение.