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. То 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.
