Kanser araştırmalarında hızla değişen alanlarda, Berlin’de bulunan Max Delbrück Moleküler Tıp Merkezi’nden (MDC) Profesör Nikolaus Rajewsky ve ekibinin öncülüğünde gerçekleştirilen çığır açıcı bir çalışma, tümör mikroçevresinin anlaşılma biçimini köklü şekilde değiştirmektedir. Bu araştırma, ileri düzey uzamsal transkriptomik yöntemleri ile ektraselüler matriks (ECM) görüntülemesini birleştirerek, akciğer tümörü içindeki hücresel ekosistemlerin kapsamlı üç boyutlu haritasını oluşturmayı başarmıştır. Elde edilen bu yeni veriler, sadece hücresel bileşim üzerine değil; aynı zamanda hücrelerin mekânsal düzenlenmesi ve interselüler iletişimi üzerine odaklanarak kişiselleştirilmiş kanser tedavilerinde benzeri görülmemiş fırsatlar sunmaktadır.
Günümüzde tümörler, yalnızca anormal hücre kümeleri olarak değil, karmaşık ekosistemler olarak değerlendirilmektedir. Kanser hücreleri, bağışıklık hücreleri, fibroblastlar ve çevreleyen ECM arasındaki etkileşim, hastalığın ilerlemesini ve tedavi yanıtlarını doğrudan şekillendirmektedir. Geleneksel patoloji yaklaşımları çoğunlukla iki boyutlu görüntüler ve histolojik boyamalar ile sınırlı kalırken, MDC ekibi yüksek çözünürlüklü tek hücre uzamsal teknolojileri kullanarak, tümörün mimarisini moleküler düzeyde ve hücresel komşuluk detayında çok boyutlu biçimde analiz etmektedir.
Uzamsal transkriptomik, RNA ifade profillerini olağanüstü mekânsal bağlamıyla birlikte sunan yenilikçi bir teknolojidir. Geleneksel transkriptomik yöntemlerde doku homojenize edilerek toplu RNA analizi yapılırken, bu teknoloji her hücredeki RNA moleküllerinin konumunu tek tek kaydedebilme yeteneğine sahiptir. Rajewsky’nin ekibi, NanoString’ın inovatif CosMx platformunu kullanarak, hücre başına 1.000’e kadar farklı RNA molekülünü tespit edebilmiş; bu, önceki yöntemlerde birkaç belirteçle sınırlı kalmaktan çok daha ileri bir performanstır. Bir lung tümöründe 340.000’den fazla hücrenin profillenmesi ve 18 farklı hücre tipinin ortaya konması ile tümörün heterojen hücresel yapısı açıkça ortaya konmuştur.
Üç boyutlu analizdeki bu büyük sıçrama, yenilikçi hesaplamalı araçların geliştirilmesini zorunlu kılmıştır. Araştırma ekibi, STIM isimli yeni bir algoritma geliştirerek, farklı uzamsal transkriptomik veri setlerinden 3D sanal doku blokları oluşturabilmiştir. STIM, bu verileri dijital görüntüler olarak kavrayıp bilgisayarlı görüntü işleme teknikleri ile hizalayarak tam bir 3D doku rekonstrüksiyonu sağlamaktadır. Bu metodoloji; moleküler biyoloji ile hesaplamalı bilimlerin güçlü bir iş birliğiyle harmanlanması sayesinde mümkün olmuştur. Projeye Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nden Dr. Stephan Preibisch’in uzmanlığı da önemli katkı sağlamıştır.
3D modeller sayesinde yalnızca hücresel kimlikler değil, aynı zamanda ECM bileşenlerinin konumsal dağılımları da net biçimde görülebilmiştir. İkinci harmoni jenerasyonu görüntüleme (second harmonic generation imaging) yoluyla elastin ve kolajen lifleri gibi temel ECM yapıları detaylıca haritalanmış; elastin zengin bölgelerin sağlıklı dokularla, kolajen ağırlıklı alanların ise tümör çekirdeği çevresindeki zararlı doku yeniden yapılanmalarıyla ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Bu yapısal ECM değişimleri, kanser ilerlemesinin biyomekanik temellerini anlamada kritik öneme sahiptir.
Çalışmanın en önemli bulgularından biri, tümör içindeki dinamik hücresel etkileşimlerin görünür kılınmasıdır. ECM sentez ve yeniden modellemesinden sorumlu fibroblastların aktive halleri ile tümör büyümesini destekleyen yapısal iskeletler oluşturduğu ortaya konmuştur. Bu veri seti, sadece statik değil; fonksiyonel hücresel fenotipleri ve aralarındaki sinyal ağı iletişimini açığa çıkarmıştır. Özellikle tümör hücrelerinin bağışıklık hücrelerinin tümör içine sızmasını nasıl engellediği ve işlevsiz kıldığı anlaşılmıştır. Tümör çekirdeği çevresinde bağışıklık bölgeleri olmasına rağmen, tümörün yaratmış olduğu immünosupresif mikroçevre nedeniyle, bu bağışıklık hücreleri fonksiyonlarını efektif şekilde yerine getirememektedir.
Kanser hücrelerinin bağışıklık sistemi kaçış mekanizmalarını açıklamak, immünoterapi stratejilerinin geliştirilmesinde kritik bir öneme sahiptir. Bu çalışma, tümörlerin bilinen kontrol noktası (checkpoint) yollarını kullanarak bağışıklık hücre infiltrasyonunu engellediğini ortaya koymuş; immün kontrol noktası inhibitörlerinin lokal immünosupresyonu tersine çevirmede nasıl işe yaradığını doğrulamıştır. Bu mekanizma, konvansiyonel kemoterapinin yanıt veremediği durumlarda dahi, hastanın kendi bağışıklık sistemini tedavi amaçlı aktive etme olanağı sunan kişiselleştirilmiş terapi perspektifini güçlendirmektedir.
Bu yüksek çözünürlüklü moleküler analizlere rağmen, ekip çalışmalarını klinik patoloji laboratuvarlarında yaygın olarak stoklanan formalin sabitlenmiş, parafin gömülü (FFPE) doku kesitleri üzerinde gerçekleştirebilmiştir. Bu gelişme, “Patoloji 2.0” olarak adlandırılan yaklaşımın temelini oluşturmakta; geleneksel mikroskoptan moleküler ve uzamsal derinliği olan bir patolojik incelemeye geçişi temsil etmektedir. Böylelikle bu yöntem, onkoloji teşhis ve tedavisinde devrim yaratabilecek bir klinik uygulama standartı olma yolundadır.
Çalışmanın çeviri potansiyeli son derece geniştir. Tümör içindeki hücresel komşuluklar ve moleküler sinyaller ayrıntılı biçimde haritalandıkça, hekimler immunoterapi ve diğer tedavi rejimlerini benzeri görülmemiş hassasiyette kişiselleştirebilecektir. Şu anda bu teknoloji yüksek hasta sayısına uygulanmaya başlanmış olup, yüzlerce örnek üzerinde analizler devam etmektedir. Böylece belirlenen moleküler hedefler doğrulanarak geniş hasta gruplarında uygulanabilecek protokoller geliştirilecektir.
Bir diğer gelişme alanı ise, bu kapsamlı doku haritasına proteomik verilerin entegrasyonudur. MDC’de Dr. Fabian Coscia’nın Uzamsal Proteomik Laboratuvarı ile yürütülen iş birlikleri sayesinde, RNA ifadesine ek olarak protein aktivitesi ölçümleri de analizlere dahil edilmektedir. Bu multi-omik yaklaşım, post-transkripsiyonel regülasyonları anlamayı derinleştirirken, tedavi hedeflerinin netleştirilmesini ve biyolojik fonksiyonların daha kesin açığa çıkarılmasını sağlayacaktır.
Bu çalışma, kanser araştırmaları ve tanısında paradigmayı değiştiren bir gelişmedir. Tek hücre çözünürlükteki uzamsal transkriptomik, ECM görüntüleme ve yeni hesaplamalı tekniklerin birleşimi, tümör mikroçevresini moleküler ve mekânsal doğrulukla çözümlemeyi mümkün kılmaktadır. Artık sadece tümörde hangi hücrelerin bulunduğu değil, bu hücrelerin nerede, nasıl ve neden etkileşimde oldukları kapsamlı biçimde tanımlanabilmektedir. Bu bilgiler, tümör ilerlemesini durduracak ve hasta sonuçlarını iyileştirecek kişiselleştirilmiş terapi tasarımında vazgeçilmezdir.
Profesör Rajewsky, elde edilen verilerin kanser fenotiplerini yönlendiren moleküler mekanizmaların bilgisayar tabanlı tahminlerine olanak verdiğini vurgulayarak, bu öngörü kabiliyetinin onkolojide genelleştirilmiş tedavilerden bireyselleştirilmiş müdahalelere geçişte devrim yaratacağını ifade etmektedir. Kesin doğruluğa sahip rekonstrüksiyonlar, klinik karar süreçlerinde karar destek mekanizmalarının temelini oluşturacaktır.
Kısacası, biyoloji, hesaplamalı bilim ve ileri görüntülemenin entegrasyonu, geleneksel patolojiyi kişiselleştirilmiş kanser bakımında güçlü bir platforma dönüştürmektedir. Uzamsal, moleküler ve fonksiyonel verilerin bir araya getirilmesi, ileri nesil tanı ve tedavi yaklaşımlarının temelini atmakta olup, akciğer kanseri ve diğer malignitelerde hastalara umut vadetmektedir. Doğrulama ve klinik uygulama adımları ilerledikçe, önümüzdeki on yıl içinde kanser yönetimi stratejilerini kökten değiştireceği öngörülmektedir.
—
Araştırma Konusu: Cells
Makale Başlığı: Combining spatial transcriptomics and ECM imaging in 3D for mapping cellular interactions in the tumor microenvironment
Haberin Yayın Tarihi: 11-Apr-2025
Doi Referans: 10.1016/j.cels.2025.101261
Resim Credits: Rajewsky lab, Max Delbrück Center
Anahtar Kelimeler: spatial transcriptomics, 3D tumor mapping, extracellular matrix imaging, single-cell analysis, lung cancer, tumor microenvironment, immunotherapy, computational modeling, personalized medicine
