Исследования рака поглощают миллиарды долларов в год, но ожидаемая продолжительность жизни с этим диагнозом за последние десятилетия изменилась мало. Как правило, всё, что может сегодня предложить медицина, — это по-прежнему попытка хотя бы немного отсрочить неизбежное. Панацея всё так же далека. 

В 2008 году Национальный онкологический институт США (NCI), признавая этот тупик, сделал смелый шаг: его сотрудники решили, что, раз биологи не справляются, имеет смысл привлечь к работе математиков и физиков. 

В конце концов, история науки учит, что значительного прогресса зачастую удаётся добиться в тех случаях, когда происходит радикальный пересмотр концептуальных основ той или иной области. Возможно, проблема в том, что на рак смотрят с неверной точки зрения. Поэтому NCI учредил 12 центров физики и онкологии. И сотрудничество стало приносить первые плоды. Например, показано, как меняется упругость клеток, когда рак прогрессирует. 

Клетки рака груди (изображение Wellcome Trust).

Ещё в XIX веке живой организм порой рассматривался как машина, в которую вдохнули таинственную силу. Со временем биологи осознали, что дело вовсе не в сверхъестественном элементе, а в сложной схеме химических реакций. Затем состоялась генетическая революция, результатом которой стало описание жизни на языке информатики — инструкций, кодов, сигналов. Современные исследования сосредоточены почти исключительно на химических путях и генетических последовательностях. Например, онкологические препараты предназначены, как правило, для блокирования реакций, замешанных в раке. В генетической базе рака накоплены терабайты данных, в которых специалисты надеются обнаружить некий мутационный шаблон. Но, несмотря на большой научный интерес, эти проекты так и не привели к долгожданному прорыву. 

Почему? Нетрудно сказать. Живая клетка (в том числе раковая) — это бездонная пропасть. Клетки (в том числе раковые) чрезвычайно сложны и разнородны. Упрощённый подход, который стремится раскрыть детали каждого молекулярного пути в каждой раковой клетке, потребует десятилетий и миллиардов долларов. При этом линейные цепи причин и следствий редко работают в биологии. Первоочередную роль в функционировании живых организмов играют сложные сети взаимодействий вроде обратной связи и замкнутых систем регулирования. 

Существует, однако, другой способ взглянуть на клетки. Это не только «мешки», набитые химическими веществами и системами обработки информации, но и физические объекты, обладающие такими свойствами, как размер, масса, форма, упругость, количество свободной энергии, липкость поверхности и электрический потенциал. В раковых клетках можно найти насосы, рычаги, шкивы и прочие вещи, знакомые физикам и инженерам. Кроме того, многие из этих свойств меняются, когда опухоль становится злокачественной. 

Прежде всего следует уйти от понятия лечения и мыслить в терминах контроля и управления раком. Подобно старению, рак — это не столько болезнь, сколько процесс. Эффекты старения можно смягчить без полного понимания процесса: это может оказаться верным и в случае рака. 

Это хорошо описанный, но плохо понятый физический процесс. Из первичной опухоли раковые клетки попадают в кровеносные сосуды, где в течение некоторого времени курсируют то поодиночке, то сбиваясь в «банды» благодаря тромбоцитам. Иногда эти мигранты застревают в венулах или же выстраиваются вдоль стенки сосуда и выбрасывают своего рода молекулярные крючки — кадгерины, которые позволяют им удерживаться, несмотря на ток крови, и со временем проникать в ближайший орган. 

Необходимо также привлекать специалистов из других разделов биологии, ведь рак широко распространён среди млекопитающих, рыб, рептилий и даже растений. Очевидно, что он является неотъемлемой частью эволюции многоклеточных. Большинство нормальных клеток, похоже, рождается с «предустановленной» раковой подпрограммой, которая может быть активирована при определённых условиях. Необходимо понять эволюционное происхождение этого механизма. Кроме того, давно признано, что есть много общего между раком и развитием эмбриона. Растёт число свидетельств в пользу того, что некоторые гены, участвующие в ходе эмбриогенеза, заново пробуждаются раком...