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Big Data no combate ao Câncer: medicina personalizada do futuro [Parte 01]

Créditos: shutterstock
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O câncer é um processo biológico complexo. Historicamente, os cânceres foram classificados de acordo com sua localização anatômica de origem (por exemplo, pulmão, mama, fígado, cólon), mas dentro desses agrupamentos existem vários subtipos com diferenças na resposta ao tratamento e ao comportamento geral. Os oncologistas tradicionalmente baseiam suas recomendações de tratamento nos relatórios de ensaios clínicos ou em suas experiências pessoais “pouco fundamentadas” que podem, ou não, refletir sobre as características individuais do paciente sentado diante deles. A consequência desse processo de tomada de decisão é que muitos pacientes, incluindo a maioria com cânceres avançados, recebem tratamentos tóxicos e caros de quimioterapia que podem ter benefício clínico limitado ou nenhum [1]. O câncer é tão diverso que não pode ser generalizado! Ele não é simplesmente uma doença mas mais de 200 doenças! Alguns pesquisadores afirmam que são 20.000 doenças (sic!). Como exemplo, o câncer de mama e a leucemia são morbidades extremamente diferentes e têm comportamentos – também – diferentes [2]. Dessa forma, o câncer é uma doença perversa e dolorosa para os pacientes e seus familiares e amigos e, além de tudo, tem um tratamento muito caro e – ainda – baseado na tentativa e erro!

No Brasil, segundo dados do INCA (Instituto Nacional do Câncer), em 2000, nós tínhamos 284.205 casos. Em 2015, esse número será quase o dobro alcançando a cifra de 576.580 pacientes (com 299.281 mulheres e 276.758 homens) [3] e [4]. Segundo Luiz Felipe Ribeiro Pinto, coordenador de ensino do INCA, “a partir de 2020, o câncer será a MAIOR CAUSA de mortes entre os homens”. E como no Brasil a Saúde “vai de mal a pior” ainda temos falta de verba para melhorar a pesquisa no câncer [4.a] e sem contar a instabilidade política e o “sucateamento” do INCA, que é a uma das referências de oncologia do nosso País. [4.b]

Todo o DNA [5] e [5.a] contido em nossas células constitui o nosso Genoma [6]. Na maioria das células, o genoma é “empacotado” em dois conjuntos de cromossomos: um conjunto oriundo da nossa mãe e outro conjunto oriundo do nosso pai. Esses cromossomos são compostos de 6 bilhões de “letras” individuais de DNA. No “alfabeto” dos nossos genes existem apenas quatro letras que representam nosso genoma: A (adenina), C (citosina), G (guanina) e T (timina). A Genômica é o estudo da sequência destas letras em nosso DNA e como cada “sequência de letras” (“string”) passa informação que ajuda a cada célula do nosso corpo a trabalhar convenientemente.

Nas células cancerosas, pequenas mudanças nas “letras genéticas” podem mudar o que uma palavra genômica significa. Uma letra alterada no “string” pode levar a célula a produzir uma proteína que não permite que a célula funcione como deveria. Essas proteínas podem fazer com que as células cresçam rapidamente e causem danos às células vizinhas. No estudo do genoma do câncer, os cientistas podem descobrir quais mudanças de letras (mutação) estão fazendo com que uma célula se transforme em um câncer. O genoma de uma célula de câncer também podem ser utilizado para distinguir um tipo de câncer do outro [7]. Atualmente os estudiosos reconhecem que o “Câncer é uma doença do Genoma” (ou “Cancer is a Disease of the Genome”) [7.a] e dessa forma, para endereçar a sua compreensão e a sua cura, devemos trabalhar e entender bem o Genoma Humano!

A pesquisa com o Genoma Humano – apoiada pelo Governo dos EUA – começou em 1990 e acabou em 2003 [8]. Durante esse período foi gasta a “módica quantia” de 3,0 BUS$ para fazer o sequenciamento – identificação do “string” de letras – do primeiro genoma humano! O custo do sequenciamento genômico tem tido um longo caminho até hoje. Dos 3,0 BUS$ em 2003, ele caiu para 100,0 MUS$ por genoma em 2001, e em Janeiro de 2014, o custo passou aproximadamente para 1.000 dólares [9] e [10]. Não vai demorar muito para ele custar 200,00 US$! Para conhecer mais sobre a pesquisa e evolução do Genoma Humano ver estes vídeos de Dr. Eric D. Green (Diretor do National Human Genome Research Institute (NHGRI) at the National Institutes of Health (NIH)) [11] e [12].

Com a recente queda do custo do sequenciamento de um genoma humano individual e, com o avanço da pesquisa de genômica do câncer [13], o genoma humano tem sido MUITO utilizado no tratamento do câncer.

Em 2010, foi publicado o primeiro exemplo de tratamento clínico de tomada de decisão baseada na análise de todo o genoma (WGA = “Whole-Genome Analysis”) de um tumor cancerígeno raro. Os sequenciamentos do tumor e genoma normais foram usados em conjunto com os dados do sequenciamento do RNA [13.a] para – com sucesso – “personalizar” um plano de tratamento para um paciente adulto com um adenocarcinoma da língua e com metástases pulmonares. Motivados pelo sucesso desse esforço, e ativado por avanços tecnológicos e custos decrescentes concomitantes, tem se expandido, além dessa experiência, para uma população de pacientes mais ampla [1].

A luta contra o câncer é a busca pelo Santo Graal da medicina! Quase todo mundo será afetado em algum momento de suas vida, seja pessoalmente ou através de um ente querido por essa doença. Então não é nenhuma surpresa que a tecnologia de Big Data [13.b] está sendo posta em prática de diversas maneiras para auxiliar na tarefa de melhorar a assistência, identificando riscos e, eventualmente, ajudando a produzir curas. O conceito de Big Data refere-se aos sistemas que gerenciam grandes conjuntos de dados, bem como a sua captura, o armazenamento, a navegação, o compartilhamento, a análise e a visualização dos mesmos [13.c].

Os dados do genoma são BIG! Para armazenar a saída de código “cru” de um sequenciador de genoma em um computador gasta-se cerca de 200 Gbytes. As tentativas de usar a análise comparativa desses genomas para isolar fatores que nos fazem suscetíveis ao câncer envolvem bancos de dados cada vez maiores colocando ele seguramente dentro dos domínios de um tamanho de Big Data! Um fornecedor famoso – tipo “Brastemp” – de dispositivos de sequenciamento de genomas chama-se Illumina [14] (vários hospitais de ponta no Brasil já possuem um Illumina!). Uma nova tecnologia “revolucionária”, do tamanho de um telefone celular, que está aparecendo no mercado dispositivos de sequenciamento é a da Oxford Nanopore britânica [15]. A Illumina – ainda – é a líder mundial desse segmento.

A tecnologia de Big Data apresenta-se como indispensável para o avanço do conhecimento do câncer, e, por conseguinte, no desenvolvimento de tratamentos mais eficazes. Quando se trata de câncer, Big Data concentra-se principalmente na análise genômica dos tumores que vão permitir a realização de tratamentos “customizados” (ou sob medida) possíveis.

Como já vimos, o câncer é uma doença muito complexa para o qual as soluções simples ou banais não fazem efeito. O sequenciamento genômico é apenas a primeira etapa na criação dos tratamentos mais eficazes, mais ainda é preciso identificar entre as milhares de mutações dos genes encontradas em cada tumor, quais são os responsáveis ou condutores da transformação maligna. Além disso, apesar da vantagem de contar com as informações detalhadas produzidas pelo sequenciamento, ainda é necessário manipular toda essa massa de conhecimento que é gerada sobre o genoma e, traduzi-la para usos clínicos. Ainda hoje, a abordagem humana é necessária, e as experiências pessoais e intuições dos médicos e pesquisadores permitem que eles naveguem através da complexidade de um genoma e para entender toda a “avalanche” de dados.

Os pesquisadores acreditam que ainda vamos ter que esperar pelo menos mais duas décadas para ser capazes de projetar drogas mais eficazes para tratar o câncer através da genômica. Apenas algumas dezenas de genes de tumores são atualmente conhecidos: somente uma fração muito pequena. Teremos ainda muita pesquisa – e muito trabalho – para desenvolver! [16].

A “customização” do tratamento do câncer deu origem ao conceito de “medicina de precisão” [17], [18] e [19] (ou também chamada de “medicina personalizada” [20]).

A “medicina de precisão” é uma frase que muitas vezes é utilizada para descrever como a informação genética sobre a doença de uma pessoa que está sendo usada para diagnosticar ou tratar a sua doença. Como já vimos aqui, o câncer é uma doença do genoma e quanto mais aprendemos sobre os tumores de câncer, mais nós constatamos que cada tumor tem seu próprio conjunto de alterações genéticas. Compreender as mudanças genéticas que estão nas células cancerosas está conduzindo a estratégias de tratamento mais eficazes que são adaptadas para o perfil genético do câncer de cada paciente. Não importa quanto tempo ainda vamos gastar – ainda – mas a cura do câncer vai estar por aqui!

A genômica do câncer (“cancer genomics”) tem como objetivo avançar a “medicina personalizada” através do sequenciamento de DNA e da análise de tumores de pacientes para encontrar novas alterações genéticas associadas a cânceres específicos. Proporcionar aos pesquisadores catálogos abrangentes das alterações genômicas-chave em muitos dos principais tipos e subtipos de câncer, vai apoiar os avanços no desenvolvimento de formas mais eficazes para diagnosticar, tratar e prevenir o câncer [16].

Enquanto nós aqui estamos batalhando para sobreviver no Brasil na área de Saúde com a “triste e avassaladora realidade” da operação Lava Jato e a magnífica gestão (incluindo a da Saúde) da “super-gerentona” (sic!) que o “mago” Lula nos “presenteou”, em janeiro desse ano o Presidente Obama anunciou a Iniciativa de Medicina de Precisão [21] nos EUA, um programa nacional que inclui a análise de dados de genoma de milhões de voluntários. O Instituto Nacional do Câncer americano (Nacional Cancer Institute) [22] vai contribuir na inciativa com a análise genética das causas da morbidade do câncer.

O sucesso do tratamento do câncer significaria transformar a forma como os cuidados são prestados tal que as equipes de tratamento poderiam analisar as células cancerosas do paciente através de sequenciamento do genoma e das imagens moleculares [23], e, em seguida, adaptar um plano de tratamento de precisão dentro de um prazo de 24 horas. Esse é o “nirvana” que os médicos e pesquisadores estão buscando na cura do câncer!

Hoje em dia, mesmo nos centros oncológicos mais avançadas do mundo, o processo do tratamento do câncer é em grande parte manual. É preocupante com a falta de padrões e ferramentas de análise e limitado por conjuntos de dados dispersos. O progresso nesse tratamento exigirá melhorias monumentais em fluxos de trabalho clínicos, a eficiência computacional, e como as percepções das pesquisas são compartilhados.

Em grande parte, a “medicina de precisão” é uma ciência de dados (“data science”). Para maximizar a precisão, os médicos e pesquisadores precisam realizar a análise computacional avançada de grandes conjuntos de dados (aqui reside o big data!) para descobrir qual medicação ou combinações de medicamentos vão funcionar melhor. Como afirma Llloyd Minor MD da Universidade de Stanford: “Precision Health is Driven by Big Data” [24]. A “medicina de precisão” segundo ele combina a informação de “omics” com o prontuário eletrônico do paciente e as informações da ciência de saúde populacional. Done … É isso aí! O conceito de “omics” [25] e [26] congrega várias informações do genoma do paciente. Na guerra contra o câncer, a lista de dados inclui informação proteômica, informação genômica, informação metabolômica, informação transcriptômica, informação celular, informação dos órgãos, informação pessoal do paciente e informação de saúde populacional. Nós precisamos de informação em todas as escalas da biologia para entender o “inimigo” câncer e usar sua fraqueza contra ele para projetar as terapias ótimas no seu combate [27]. Para mais informações sobre quais informações um Bando de Dados de “medicina personalizada”, veja a referência [28].

*Nota do Autor: Na Parte 02 desta matéria a ser publicada em 15.out.2015 – abordaremos os temas de Banco de Dados Oncológicos Públicos ou Privados (para auxiliar na cura do câncer), “Biopsia Líquida” e Farmacogenômica … não percam!

Referências

[1] Lessons learned from the application of whole-genome analysis to the treatment of patients with advanced cancers, Molecular Cases Studies, 26.sep.2015
http://molecularcasestudies.cshlp.org/content/1/1/a000570.full.pdf+html

[2] Can Big Data be used to defeat Cancer, Press Reader India, 15.aug.2015
http://www.pressreader.com/india/dataquest/20150815/281758448007821/TextView

[3] Referências do Google sobre #INCA Dados de Câncer no Brasil”
https://www.google.com.br/search?q=INCA+Dados+de+C%C3%A2ncer+no+Brasil&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=ZPAHVtHSCoeFwgTV7Jv4Aw

[4] A “maldição” do câncer que afeta centenas de milhares de pessoas no Brasil, Gizmodo UOL, 18.set.2015
http://gizmodo.uol.com.br/maldicao-do-cancer-no-brasil/

[4.a] Droga anticâncer à espera de verba, Blog do Noblat, 28.set.2015
http://noblat.oglobo.globo.com/geral/noticia/2015/09/droga-anticancer-espera-de-verba.html

[4.b] Referências do Google sobre “INCA Greve de Funcionários Falta de Medicamentos”
https://www.google.com.br/search?q=inca+saida+de+santini&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=qSwRVqmLO4qYwgTnobGQDQ#q=INCA+Greve+de+Funcionarios+Falta+de+Medicamentos

[5] DNA, Só Biologia
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/biogenoma.php

[5.a] DNA (Deoxyribonucleic acid), Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/DNA

[6] Genoma, Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Genome

[7] What is Cancer Genomics?, National Cancer Institute
http://cancergenome.nih.gov/cancergenomics/whatisgenomics/whatis

[7.a] Referências do Google sobre “Cancer is a Disease of the Genome”
https://www.google.com.br/search?q=Cancer+is+a+Genome+Disease&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=QC8RVo6tL4SWwQT0g4yADA#q=Cancer+is+a+Disease+of+the+Genome

[8] Charting a course for genomic medicine from base pairs to bedside, Nature, 10.feb.2011
http://www.genome.gov/Pages/About/Planning/2011NHGRIStrategicPlan.pdf

[9] The Promise of Genomic Medicine: Are We There Yet?, Intel Health & Life Sciences, 08.apr.2015
https://communities.intel.com/community/itpeernetwork/healthcare/blog/2015/04/08/the-promise-of-genomic-medicine-are-we-there-yet?linkId=13621004&linkId=17194933

[10] DNA Sequencing Costs, Data from the NHGRI Genome Sequencing Program (GSP)
http://www.genome.gov/sequencingcosts/

[11] Video: Great lecture of past and future of #genomics, Eric Green, 01.mar.2014
https://lnkd.in/e-DbfbF

[12] Video: Genomics, Big Data, and Medicine Seminar Series, Eric D. Green, Icahn School of Medicine, 25.mar.2015
https://lnkd.in/eAmG5Vr

[13] “Cancer Genomics” on Twitter
https://twitter.com/hashtag/cancergenomics?src=hash

[13.a] RNA (Ribonucleic acid), Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/RNA

[13.b] Big Data, Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Big_data

[13.c] What is Big Data: Overview, video, use cases and articles, Advanced Performance Institute
http://www.ap-institute.com/big-data-possibilities.aspx

[14] Illumina
http://www.illumina.com/

[15] Oxford Nanopore
https://www.google.com.br/search?q=OXFORD+NANOPORE&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=8D4IVu_LAcebwQSe87vACg

[16] Impact of Cancer Genomics on Precision Medicine for the Treatment of Cancer
http://cancergenome.nih.gov/cancergenomics/impact

[17] Precision Medicine, Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Precision_medicine

[18] What is Precision Medicine?, Genetic Home Reference
http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/precisionmedicine/definition

[19] What is “Precision Medicine” — and can it work?, Elsevier
http://www.elsevier.com/connect/what-is-precision-medicine-and-can-it-work

[20] Personalized Medicine, Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Personalized_medicine

[21] The Precision Medicine Initiative: Data-Driven Treatments as Unique as Your Own Body, The White House, 31.jan.2015
https://www.whitehouse.gov/blog/2015/01/30/precision-medicine-initiative-data-driven-treatments-unique-your-own-body

[22] Nacional Cancer Institute
http://www.cancer.gov/

[23] Referências do Google sobre “Cancer Molecular Imaging”
https://www.google.com.br/search?q=%22cancer+molecular+imaging%22&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=Ts4PVvLVOcmvwATSnL6ADA

[24] Video: Leading in Biomedical Revolution, Big Data in Biomedicine Conference, Llloyd Minor MD, Dean School of Medicine, Stanford University, May 2015

[25] Referências do Google sobre “Omics Concept Cancer”
https://www.google.com.br/search?q=Omics+Concept+Cancer&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=fNsPVoL5JsePwgSesrz4DA

[26] Big Data for Health, White Paper from IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, July 2015
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&ved=0CFMQFjAFahUKEwiv-JfsuKbIAhWIDJAKHdDUBM8&url=http%3A%2F%2Ffiles.figshare.com%2F2203072%2FBig_data_for_Health.pdf&usg=AFQjCNHz_-QfuJ4c_4tIkhHZgxPjj2XWOg&sig2=B6ChDYhhUWjehmZrRlQo9Q&cad=rja

[27] Can Big Data be used to defeat Cancer, Press Reader India, 15.jul.2015
http://www.pressreader.com/india/dataquest/20150815/281758448007821/TextView

[28] Making Cancer Personal: A Roadmap, LEK Consulting, 2014
http://www.lek.com/sites/default/files/LEK_1624_PersonalizedOncology_Web.pdf

 

 

 

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