Новости, связанные с пандемией Covid-19, задвинули проблематику остальных заболеваний на задний план. В пиковое время волн то и дело приходили сообщения из многих стран, что люди с сердечно-сосудистыми, онкологическими и другими серьезными болезнями не могли получить соответствующую медицинскую помощь. Но исследования в этих сферах не остановились.

В чём суть исследования

Исследователи из Лейпцигского университета (Германия) провели эксперимент, результаты которого могут предоставить новый способ прогнозирования риска метастазирования раковых клеток.

В чём суть: раковые клетки в биологических тканях ведут себя как пассажиры переполненного автобуса. Т�� есть при низкой плотности, они могут свободно перемещаться, но как только плотность возрастает, они сильно сжимаются, что препятствует их дальнейшему движению. Эта особенность уже давно задокументирована.

Эксперимент, проведенный Штеффеном Гроссером и его коллегами, поддерживает оспариваемую идею о том, что движение клеток может контролироваться их формой.

Чтобы опухоль росла и размножалась, раковые клетки должны иметь возможность «проходить» мимо друг друга. Но обычно клетки в опухоли расположены настолько плотно, что их движение теоретически невозможно. Каким-то образом в процессе, который до сих пор полностью не изучен, части опухоли могут становиться «жидкими».

Для исследования этой проблемы Гроссер и его коллеги изучили "сфероиды" – культуры трехмерных клеток размером менее миллиметра – полученные из злокачественных и доброкачественных тканей. Команда измерила механические свойства сфероидов, отслеживая движение каждой клетки, в то время когда пары сфероидов сливались вместе.

Здоровые сфероиды вели себя как твердые шары с жидкими внешними слоями, когда как раковые сфероиды сливались как полностью жидкие капли. При этом наблюдалась тенденция: в жидкообразных сфероидах клетки и их ядра были удлиненными. Это намекало на контроль текучести, связанный с формой.

Процесс исследования

В процессе исследования изучалась объемная текучесть ткани в 3D и определялась, как она соотносится с формой клетки и ядра. Для этого были взяты образцы пациентов с карциномой молочной железы и шейки матки, в которых были обнаружены участки, где клетки могли двигаться и были неподвижны.

Нарезанные вручную ткани опухоли окрасили витальным красителем ДНК и наблюдали за ним в течение 12 часов. На рис. а показаны клеточные треки ткани первичной опухоли молочной железы. В одних регионах клетки наблюдалась высокая подвижность клеток, в других же сохранялась стабильность. Отслеживание осуществлялось с помощью FIJI (платформа с открытым исходным кодом для анализа биологических изображений).

В этой работе использовались срезы двух типов сфероидов: эпителиоподобных клеток MCF-10A и злокачественных клеток MDA-MB-436. На снимках ядра клеток отмечены красным, актин – зеленым. Для клеток MCF-10A через 12 часов практически не наблюдается никакого прогресса, в то время как сфероиды MDA-MB-436 сливаются, как капли жидкости.

Таким образом, с помощью экспериментов по механическому слиянию сфероидов и отслеживанию отдельных живых клеток было показано, что раковый образец разжижается активными клетками, движущимися через ткань. В то время как здоровый образец имеет более твердую структуру.

Трёхмерные сегменты образцов показали, что степень текучести в тканях коррелирует с удлинёнными формами клеток и их ядер. Эта корреляция связывает формы клеток с их подвижностью и механическим поведением. В процессе изучения обнаружилось два активных состояния: аморфное стеклообразное с характеристиками трехмерного «заклинивания» клетки в тканях и неупорядоченное жидкое состояние.

Отсюда напрашивается вывод: форма отдельных клеток и ядер может служить маркером метастатического потенциала для индивидуального лечения рака.

Почему это важно?

Подавляющее большинство смертей, связанных с раком (около 90%), вызвано как раз метастазированием, а не первичными опухолями. И в то же время, механизмы, приводящие к первичному образованию опухоли, изучили достаточно подробно. Этому посвятили множество исследований, что нельзя сказать о процессе метастазирования.

Но за последние 16 лет есть определенный прогресс в освещении разных сторон реализации метастатической программы. В особенности в отношении карцином (как и в описанном исследовании), которые составляют около 80% случаев злокачественных образований.

Заключение

Понятно, что корреляция между формой клетки и её подвижностью не доказывает, что именно она влияет на процесс распространения раковых клеток. Поэтому без аналитических моделей учёные и дальше будут продолжать спорить, что же является ключевым: форма или плотность. Но интуитивно контроль формы над движением кажется понятным. Даже в переполненном автобусе, если повернуться боком, можно протиснуться.