Как един физик помага в борбата с рака?

Проф. Хърбърт Левин е американски учен, професор по физика. Част от сферите на познание и изследване на професор Левин са физическото моделиране на прогресията на рака, метастазите и взаимодействието на рака с имунната система. Най-новите интереси включват ролята на метаболитната пластичност в тези процеси и съвместната еволюция на тумора и адаптивната имунна система. Други области на познанието на професор Левин включват механиката на колективната клетъчна мобилност и анализ на генетични мрежи, участващи в определянето на клетъчната съдба.
Проф. Левин има докторска и магистърска степен по физика от Принстънския университет, както и бакалавърска степен по физика от Масачузетския технологичен институт. Член е на Националната академия на науките, Американската академия на изкуствата и науките и е почетен член на Американската физична асоциация. Заедно с интердисциплинарен екип от изследователи той прилага методи от физиката за труднорешими проблеми в биологията.
Проф. Левин беше в София за участие в международната конференция „Живот във Вселената“, която събра световни учени. Тя се организира от Northeastern University в Бостън и се финансира от National Science Foundation USA.

Как физичните принципи може да се приложат в биологията и как физиката може да ни даде нова представа за прогресията на рака – тези и други въпроси коментирахме с проф. Хърбърт Левин.

Проф. Левин, в края на тази дълга цяла седмица конференция, какви са впечатленията Ви? Защо решихте да проведете подобно събитие точно в България?
Идеята тук беше да разберем какво знаем относно това какво може да се е случило в самото начало на възникването на живот на Земята. След това да използваме това знание и да се опитаме да разберем как може да търсим подобни събития и другаде във Вселената. Поводът да считаме, че това е важна тема, е невероятната революция през последното десетилетие в откриването на много планети около различни звезди. Астрономията се е справила чудесно в откриването им и в характеризирането на това какви биха могли да бъдат някои от физическите им условия като температурата и състава на атмосферите им. И това води до въпроса дали има нещо уникално на Земята? Не, вероятно не. Вероятно каквото и да се е случило тук, което е породило живот, може да се появи при различни условия на другите планети.
Но как да търсим такива белези? Това изисква комбинация от много различни дисциплини. Произходът на живота на Земята е изследване на геологията, съчетано с химията. Проучването на другите планети първоначално се осъществява от астрономията – да се открият тези планети и да се характеризират. Но когато говорите за живота, веднага се изправяте пред въпроса какво всъщност е животът? Това е въпрос, проучен много подробно от биолозите. Така че всички тези общности трябва да се съберат, за да начертаят как ще се справим с тези фундаментални както научни въпроси, така и наистина хуманитарни въпроси през следващите години. Това беше целта на конференцията – наистина да обедини тези различни общности.
Защо в България? Има личен мотив за България. Един от тези, които много искаха да прокарат тази конференция по научни причини, е Кръстан Благоев. Той е бивш ръководител на Националната фондация за научни изследвания в САЩ. Така че идеята за тази конференция се роди от дискусии с него и други хора от фондацията. Един от хората в организационния комитет, които помогнаха да съставим научната програма, е Димитър Съселов, професор в Харвард, който също е българин. Така че имаше естествена връзка. Аз съм бил тук и преди. Мисля, че това е очарователна страна. Все още е изправена пред предизвикателства, но мисля, че тук има много млади учени, които могат да помогнат за по-нататъшното развитие на науката през следващите десетилетия.

Вие сте физик. Но и преподавате биоинженерство. Къде се пресичат физиката и биологията?
Физиците могат да бъдат малко арогантни. Те смятат, че физиката може да се приложи към всичко. Аз съм един от тези хора. Гледам на физиката повече като на концептуален инструментариум, като начин на мислене за това как можете да адресирате научни проблеми. Не го разглеждам като разделяне на дисциплини: „О, това е проблем на физиката, а това е от химията“. Мисля, че физиката предлага някои подходи, които наистина могат да помогнат по-добре да разберем как работят биологичните системи. И знаете, биологичните системи са физически. За да правят това, което правят, те трябва да взаимодействат с физическия свят. Пример за подобно нещо е как клетките могат да се движат в човешкото тяло. Движението им не е магия. Те трябва да се движат чрез прилагане на сила, да се носят, като се промъкват. Ако има препятствия, трябва да ги усетят и да ги заобиколят. Всичко това зависи от физични сили и взаимодействия. Така че биологията е вградена във Вселената, което означава, че трябва да разберете както традиционната биология – гените, ДНК и т.н., но и да разберете как тя може да взаимодейства с физическата вселена. А за възпроизвеждането на клетката, трябва да я разделите наполовина. Но разделянето ѝ не е просто магия. Трябва физически процес, който разбираме частично, но ненапълно. Трябва да разберете как прилагате достатъчно сила и как я разделяте, как се уверявате, че всяко от тези парчета съдържа достатъчно от компонентите на клетката, така че и двете да са жизнеспособни. Защото, ако критичен протеин остане изцяло в едната част, а не в другата, тогава това не работи. Така че това е проблем, който комбинира физика, химия, биология. И физиците привнасят своя гледна за тези проблеми.

Физик сте, но работите и върху изследвания за рака. С какво може да допринесете за проучванията за рака?
Един от аспектите, които ме интересуват особено, са раковите метастази, където части от първичния тумор го напускат и могат да се придвижат през тялото към други части и да започнат да растат отново. А клетките, за да се движат, трябва да имат определени много специфични свойства. Не всички клетки могат да се движат. Така че клетките на орган, като нашите бели дробове например не са предназначени да се движат.
За да може ракът да метастазира, клетките трябва да променят свойствата си и да развият способността си да се движат. Така че, за да изучим този процес, трябва да разберем две неща, едното от които е повече физика, а другото – повече биология. Първото е какви точно са тези свойства, които им позволяват да се движат. Това е проблем на физиката. Веднъж след като разберете какви са тези свойства, тогава трябва да се върнете и да работите с биолозите и да попитате как клетките са усвоили тези свойства, като се има предвид, че са започнали без тях. Така че това е по-скоро проблем на биологията.
Работата с биолози, занимаващи се с рак, и моите изследвания, дават възможност за съвместен подход при решаването на проблема как клетките успяват да стигнат от една част на тялото до друга като част от процеса на ракови метастази.

Как Вашите проучвания могат да повлияят при лечението на рака?
Надеждата е, че ако разберем тези процеси, ще могат да се предложат по-ефективни лечения. Причината да се интересувам от този аспект на рака е, че раковите метастази всъщност убиват хората. Първичният тумор, ако се открие достатъчно рано, преди ракът да се е разпространил в други части на тялото, имаме лечения, които не са съвършени, но са относително успешни - хирургия, радиация и т.н. Но когато ракът бъде открит, след като се е разпространил в тялото, или ако по някакъв начин първоначалното лечение е неефективно и ракът започне да се разпространява, тогава вече е късно и нищо не работи. И в зависимост какъв точно е ракът, хората могат да живеят още няколко години. Това е именно медицинският проблем.
Аз не работя директно по разработване на лекарства или нещо подобно. Мога да помогна в изследването на какви свойства трябва да попречим, за да не позволим на клетките да се движат. И едва тогава може да се прецени какви лекарства всъщност биха могли да постигнат това на практика.

Какъв напредък постигате в работата Ви за предотвратяване на метастази?
Бавно е. Имунната терапия работи най-добре, но все още е много емпирична. С други думи, разработва се нова терапия и тя понякога работи, понякога – не. И все още не е напълно ясно при какви условия работи. Така че напредъкът е, бих казал, бавен, но стабилен. Имам предвид, че има нови идеи, има нови лекарства. Те подобряват лечението на известен брой пациенти. Не очаквам един ден да обявим, че сме намерили лек за рака. Това е твърде сложен процес, но с годините има подобрение и считам, че напредъкът ще продължи.

От работата Ви с различни експерти оптимист ли сте за намирането на лечение на рака?
При рака на гърдата мисля, че лечението става все по-ефективно с годините и очакваната продължителност на живота всъщност е значително подобрена. Други експерти, с които си сътруднича, работят върху рака на белия дроб. Там ситуацията е доста по-сериозна, особено за пушачите. Ако някой се разболее от рак на белия дроб, очакваната продължителност на живота не е много висока и леченията не са се доказали като толкова ефективни. Но има нови идеи. Една от тях, която сега се прилага за лечение, е, че вместо да се използват лекарства, които да се опитват да убият раковите клетки, имаме лекарства, които се опитват да убедят собствената ни имунна система да убие раковите клетки. Оказва се, че нашата собствена имунна система е много добра в убиването на клетките, ако е ясно, че това са клетки, които трябва да бъдат убити. А за рака това е много по-трудно. Eдно от предизвикателствата е, че туморът не е беззащитен. Той създава физическите бариери пред имунните клетки, които могат да влязат в тумора. Но можем да се опитаме да разберем какви физически или химични процеси стоят в основата на тези бариери и какво може да направи те да се разрушат. Още нещо, върху което може да се работи.

Как се роди интересът Ви към изследванията на рака?
Баща ми почина от рак. Всъщност индиректно от рак. Имаше рак на бъбрека, който беше отстранен. Беше открит, преди да се разпространи. Проблемът е, че тогава бъбреците му вече не функционираха. Трябваше да отиде на диализа, с която не се справи много добре. Общото му физическо здраве се влоши и след няколко години той почина.
Иначе преди около 10 години се замислих, че вече съм на години и би било хубаво да видя дали моите натрупани знания могат да бъдат използвани за някаква практическа употреба. Защото разбирането на живота във Вселената е нещо, което вероятно няма да има директно практично въздействие.

Освен произхода на живота във Вселената кои са другите големи въпроси в науката днес?
Работата по проучвания за рака, болестта на Алцхаймер със сигурност имат по-голямо значение за обществото.