Cancer 3D: White Paper
Версия 1.0
Открытая инициатива по исследованию опухолевой инвазии и её моделирования на основе данных рентгеновской микротомографии. Подать заявку.
Мы в соцсетях
Telegram: https://t.me/cancer3d
VK: https://vk.com/Cancer3D
1. О проекте
Cancer 3D — это открытая научная инициатива по изучению и моделированию процессов опухолевой инвазии, миграции и метастазирования. Наша миссия заключается в разработке цифровых двойников опухолей и анализе детальных микротомографических и гистологических изображений. На основе этих данных в рамках данного проекта будет выполнено моделирование процессов инвазии, метастазирования и коллективной миграции опухолевых клеток. Проект не является коммерческим и использует открытые данные, предоставляемые его участниками. Все участники проекта, внесшие достаточный вклад в разработку, анализ или написание статей, становятся равноправными соавторами научных публикаций и патентов.
Рентгеновская микротомография — это метод неразрушающего образцов исследования, который является основным в этом проекте благодаря своим возможностям сохранять нативную инфраструктуру тканей. Гистологическое исследование в данном случае является способом подтверждения обнаруженных явлений и благодаря совместимости с микротомографией, оба метода взаимодополняют друг друга. Кроме того, рентгеновская микротомография может служить основой для последующего моделирования различных процессов, так как с её помощью можно получать объемные трехмерные модели высокого разрешения, и существует большой инструментарий для последующей работы с этими моделями и изображениями. При использовании сканеров и рентгеновская микротомография, и гистология создают наборы файлов, которыми можно делиться в рамках сообщества, что и позволит осуществлять совместную работу по анализу и моделированию.
В ходе выполнения исследования, посвященного описанию возможности трехмерной визуализации опухолевой инвазии и прогрессии (Unveiling Another Dimension: Advanced Visualization of Cancer Invasion and Metastasis via Micro-CT Imaging), нашей командой были обнаружены феномены, которые либо были едва, либо вообще не были описаны в литературе. Они касались коллективной миграции опухолевых клеток с образованием специфических для различных ниш паттернов инвазии, а также взаимодействия со стромальным компонентом и использования опухолевыми клетками структур организма (такими как брюшина) в качестве основы для распространения. Несмотря на то, что в том проекте визуализация проводилась только на двух мышах, благодаря распространению опухоли во множество зон, наличию гистологических изображений и большому количеству уникальных детализированных сканов, а также многолетней кропотливой работе по их анализу, это может стать хорошим заделом для последующих экспериментов по созданию цифровых двойников опухоли. Подобная работа подразумевалась давно, поскольку в процессе исследования стало очевидным, что в рамках одной статьи все это невозможно опубликовать, и поэтому уникальные данные были выложены в открытый репозиторий.
Данные, полученные в ходе предшествующих экспериментов на мышах (создание ортотопической PDX-модели рака пищевода с последующей визуализацией основных зон инвазии при помощи микро-КТ и гистологии), позволят разработать основные инструменты для моделирования опухолевой прогрессии, инвазии и метастазирования. После их разработки и валидации проект будет использовать другие аналогичные по своему содержанию данные, предоставляемые участниками сообщества, что позволит расширить имеющиеся представления о поведении опухолевых клеток и взаимодействии их со здоровыми тканями в контексте опухолей другого типа.
Результаты инициативы Cancer 3D позволят создать новый взгляд на то, что такое «опухолевый процесс» как явление, а также разработать инструментарий, который будет использоваться учеными в области фундаментальной онкологии со всего мира. Мы надеемся, что это улучшит наше понимание природы рака, который является одним из главных вызовов, стоящих перед человечеством.
2. Принципы Cancer 3D
1. Децентрализованность. Проект не привязан к какой-либо существующей организации или государству. Участники проекта могут быть вовлечены в процессы анализа данных, написания программного обеспечения или предоставления данных для анализа. Проект Medach в случае Cancer 3D берет на себя роль попечительства и занимается только обеспечением создания инфраструктуры проекта и его продвижением, не вмешиваясь при этом в ход научной работы (если только сами участники проекта Medach не являются частью проекта Cancer 3D).
2. Открытость. Все результаты работы проекта публикуются под лицензиями CC‑BY 4.0, BSD-3 clause и MIT.
3. Равноправное авторство. Любой участник, отвечающий критериям, эквивалентным ICMJE (значительный объем кода/данных, написанного текста или выполненного анализа), приглашается в качестве соавтора в статьи, препринты или патенты.
4. Последовательность. Несмотря на амбициозные задачи и планы по смене парадигмы в области онкологии, Cancer 3D основан на принципах небольших шагов по решению конкретных задач в рамках общей цели.
5. Принятие решений сообществом посредством голосования. Такая модель управления обеспечивает прозрачность, ответственность и соответствие целям проекта. Ведущие участники проекта формируют Управляющий совет, который определяет видение и курс проекта на основе голосования. Участники Управляющего совета являются гарантами безопасности проекта и обладают правом вето на инициативы.
3. Синергичная с Cancer 3D научная проблематика
1. Коллективная миграция опухолевых клеток.
2. Опухолевые клетки как активная материя.
3. Паттерны инвазии и метастазирования.
4. Механобиология опухоли и ремоделирование внеклеточного матрикса.
5. Пространственная топология опухоли и геометрия инвазии.
4. Цели Cancer 3D
1. Разработать стандартизированные протоколы анализа и подготовки микро-КТ данных для последующего моделирования процессов опухолевой инвазии, миграции, метастазирования и взаимодействия между опухолевой и здоровой тканью.
2. Разработать многоуровневые цифровые двойники опухолей на основе микро-КТ и гистологических изображений с трёхмерной верификацией ключевых зон (коллективная миграция, инвазия, метастазы, взаимодействие со здоровыми тканями).
3. Разработать модель взаимодействия опухоли и здоровых тканей на основе принципов активной материи и механобиологии.
4. Собрать сообщество разработчиков и исследователей для проведения исследований в рамках проекта Cancer 3D.
5. Поддерживать сообщество разработчиков и исследователей: документировать API, проводить публичные демо и ежеквартальные спринты, публиковать обучающие материалы и полученные результаты.
6. Публиковать в открытом доступе инструменты, обучающие материалы и научные статьи, посвященные анализу и моделированию процессов опухолевой прогрессии и инвазии.
5. Начальные этапы Cancer 3D на старте проекта (2025 – начало 2026)
1. Май 2025 – июль 2025. Создание сообщества, знакомство с имеющимися данными. Отработка методики анализа и моделирования на одном образце из репозитория.
2. Июль 2025 – сентябрь 2025. Добавление второго образца из репозитория. Продолжение работы по анализу и моделированию.
3. Сентябрь 2025 – февраль 2026. Завершение работ над прототипом модели взаимодействия опухоли и здоровых тканей на основе принципов активной материи и механобиологии с использованием данных из репозитория.
4. Февраль 2026 – расширение базы данных путем добавления новых образцов опухолевой ткани, подвергнутых анализу при помощи рентгеновской микротомографии и гистологии.