När förvandlas cancerbenägna celler till fullskalig cancer? En forskare från Rice University och hans kollega tror att det finns ett sätt att veta.

Det kan bli möjligt för biomarkörer i blodet att avslöja om muterade celler har vänt ett hörn mot att bilda tumörer, och hur lång tid processen - beroende på typ av cancer - sannolikt kommer att ta. Det kan ge patienterna en känsla av risken de står inför innan de blir sjuka.

Riskemist Anatoly Kolomeisky, med postdoktoral forskarassistent Hamid Teimouri och doktorand Maria Kochugaeva, riktade sin teoretiska expertis i att modellera slumpmässiga (stokastiska) processer till problemet med varför cancerceller som vanligtvis förstörs av kroppens immunsystem ibland övervinner en handske av försvar för att bli tumörer.

Studien i Vetenskapliga rapporter är avsett att klargöra mikroskopiska aspekter av cancerinitiering, punkten där slumpmässiga mutationer blir "fixerade" i celler, som för dem vidare och så småningom överväldigar vävnad.

Som en del av deras studie, forskarna beräknade fixeringssannolikheter för 28 typer av cancer för att se hur de korrelerar med tillgängliga kliniska data om livstidsrisker för cancer - och fann att korrelationen var allt annat än säker.

"Problemet med cancer är att vi upptäcker det för sent, sade Kolomeisky, en professor i kemi och ordförande för avdelningen i Rices Wiess School of Natural Sciences. Forskarna hävdar deras "bekväma, enkel och mångsidig" metod för att utvärdera cancerinitieringsdynamik bör inkludera initieringsdynamik för specifika cancertyper såväl som etablerade livstidsrisker.

Kolomeisky har en lång erfarenhet av upptäckt relaterad till cellulära mekanismer, speciellt relaterat till motorproteiner som transporterar last i celler och genomredigering. Inspirerad av en direkt kommentar från en kollega om att hans beräkningar såg ut att kunna relatera till cancer, Kolomeisky gav sig iväg för att ta reda på om hans matematiska tillvägagångssätt kunde tillämpas på cancerinitieringsdynamik.

Baserat på deras formler, forskarna utvecklade ett diagram som korrelerar livstidsrisker och initieringstider för 28 typer av cancer - och fann väldigt lite för att koppla ihop de två. "Det indikerar att cancer livstidsrisker ensamma inte kan användas för att utvärdera risken för att få cancer, " skrev forskarna, tyder på fixeringstider som indikerar tumörinitiering är en viktigare mätvärde.

Till exempel, diagrammet visar att kolorektalt adenokarcinom med FAP har den högsta livstidsrisken, men dess fixeringstid på 15 år är nästan tre gånger så lång som för tolvfingertarmsadenokarcinom med FAP, som anses ha en mycket lägre livstidsrisk. I andra änden av fixeringsskalan finns hepatocellulära karcinom, vid mer än 31, 000 år.

Deras beräkningar jämförde "konditionen" hos enskilda celler med cancerrelaterade mutationer med normala celler utan, och hur snabbt de delade sig. Vävnad med mutanta celler som delade sig i ett 1-till-1-förhållande med normala celler var de långsammaste att "fixa" tumörer.

Forskarna antog att mutantceller med en hastighetsfördel skulle fixa tumörer snabbare, och de hade rätt. Men de blev förvånade när deras modeller visade att celler med ofördelaktiga mutationer (långsammare delning än normalt) också ibland gick snabbare än normala celler att fixa.

"Folk antar, vanligtvis undermedvetet, att något mer troligt kommer att hända snabbare, ", sade Kolomeisky. "Men vi fann att det inte är fallet för cancer. Läkare bör inte fatta beslut bara om livstidsrisk, som man vanligtvis gör, men också på den dynamik vi beräknade som våra huvudresultat.

"Huvudpunkterna är att vi kan beräkna, med många antaganden, den genomsnittliga tiden innan cancer börjar, " sade han. "Vi hävdar också att sannolikheten för cancer vanligtvis inte korrelerar väl med tiden den börjar. Något mer troligt är inte nödvändigtvis snabbt."

Muterade celler som släpper biomarkörer till blodomloppet kan ge ett bättre sätt att upptäcka precancerösa tillstånd.

"I framtiden, detta kan bli en del av personlig medicin, ", sade Kolomeisky. "En läkare ger dig ett test och kontrollerar fraktionen av muterade celler i dina vävnader.

Sedan kan du uppskatta hur lång tid det tar innan de muterade cellerna kommer att uppta hela vävnaden. Om det är 100 år, du borde nog inte oroa dig för mycket. Men om det är ett år, då kanske du måste vidta drastiska åtgärder."

Han sa att modellen säkerligen kommer att förbättras när mer relevanta parametrar införlivas. Men allt det producerar nu och i framtiden bör inte avskräcka en från en hälsosam livsstil.

"Vi säger inte att du kommer eller inte kommer att få cancer oavsett vad du gör, " sa Kolomeisky. "Bara att sannolikheten är annorlunda. Om du röker, om du inte äter bra eller inte tränar, sannolikheten kommer att vara högre."