Ученые МФТИ протестировали эффективность нового метода оценки риска метастазирования опухоли. Выяснив, что подвижные и пластичные раковые клетки обладают «повышенным аппетитом», исследователи предложили им флуоресцентные наночастицы. Оказалось, что чем агрессивнее опухоль, тем больше частиц она поглощает и тем интенсивнее будет свечение образца ткани под микроскопом. Этот недорогой и несложный в техническом плане метод поможет гораздо быстрее подобрать оптимальную на конкретной стадии заболевания терапию для пациента. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Сегодня рак — одна из главных причин смертности во всем мире. Виновником же более 90% всех смертей, связанных с раком, являются метастазы. Прогнозирование развития метастазов — сложная задача: основными предикторами метастазирования выступают состояние лимфатических узлов, размер опухоли и гистологическая оценка. Однако, к сожалению, эти предсказатели не являются непогрешимыми.
Предложенный исследователями из лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ подход основан на обнаруженной в ходе предыдущих исследований особенности жизнедеятельности раковых клеток: готовясь к внедрению к здоровые ткани, они запускают процесс реорганизации актинового цитоскелета клетки. Поскольку актиновый цитоскелет участвует также и в процессе эндоцитоза — поглощения внешнеклеточного материала, была выдвинута гипотеза, что метастазирующие раковые клетки увеличивают способность захватывать частицы определенного размера. Таким образом, отслеживая количество поглощенных частиц, можно отличить раковые клетки от здоровых. И даже понять, насколько далеко зашел процесс, определив процент этих высокометастазирующих (хорошо поглощающих частицы) в составе всех опухолевых клеток, взятых у пациента.
Юлия Мерхер, старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ, первый автор исследования. ©Мерхер
В качестве «меток» ученые выбрали наночастицы модифицированного карбоксилатом полистирола, загруженные флуоресцентными красителями. Такие частицы широко доступны и уже использовались для изучения процессов эндоцитоза в клетках, но без учета связи с риском метастазирования опухоли. Под действием света с определенной длиной волны красители светятся, и метки становятся хорошо заметны на фоне остальных клеток и тканей. Это свойство лежит в основе метода флуоресцентной микроскопии. Размеры частиц составили 100 и 200 нанометров, поскольку более мелкие, во-первых, дороже, а во-вторых, потребовали бы использования более чувствительного оборудования.
В роли испытуемых выступили раковые клетки молочной железы с низким и высоким риском метастазирования, а также доброкачественные клетки. Исследуя их под флуоресцентным микроскопом, ученые выяснили, что доброкачественные клетки не поглощают наночастицы и даже не удерживают их на своей клеточной стенке. Раковые клетки, напротив, и удерживают метки, и поглощают, причем клетки с более высоким риском метастазирования делают это интенсивнее.
Юлия Мерхер, старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ, рассказывает: «Проведя анализ множества изображений, мы выяснили, что более крупные частицы (200 нм) проникают внутрь раковых клеток более эффективно, чем мелкие, которые в основном остаются на клеточной стенке. При этом образец более агрессивной опухоли поглощал почти вдвое больше частиц, чем клетки доброкачественной опухоли».
Исходя из полученных в эксперименте данных, ученые рекомендуют использование частиц размером 200 нм, поскольку с их помощью можно различить не только метастатические и доброкачественные клетки, но и клетки с различным метастатическим потенциалом. В перспективе (после дополнительных исследований) можно будет оценивать риски появления склонности к метастазированию клеток конкретного пациента.
Новый метод, позволяющий обойтись забором небольшого количества клеток у пациента, что менее травматично и болезненно, недорог и быстр — ответ можно получить всего за час, в то время как традиционное гистологическое исследование требует нескольких недель. Вряд ли стоит говорить о том, как важно это время для пациента, ведь чем раньше начато лечение, тем выше шанс на выздоровление.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-25-00868).
Лаборатория персонализированной химио-лучевой терапии входит в состав ФБМФ МФТИ. Сотрудники лаборатории осуществляют научное руководство работами студентов и аспирантов в области клеточных и генетических технологий.
