Scienty

Фото: img.freepik.com

Группа исследователей из Московского физико-технического института создала способ точной идентификации наиболее опасных раковых клеток, которые способствуют развитию метастазов опубликована в специальном выпуске Advancing Nanotechnology in Cancer Theranostics журнала Life (Журнал (Impact Factor 3.4, CiteScore 6.0) имеет приглашенного редактора – Юлию Мерхер, старшего научного сотрудника лаборатории персонализированной химиолучевой терапии МФТИ. Работа была проведена при финансовой поддержке гранта РНФ.

Каждый год во всем мире у более чем 2 миллионов женщин выявляют рак молочной железы. Смертельные исходы чаще всего связаны с метастазами – процессом распространения раковых клеток и их проникновением в соседние ткани. Так, у пациенток с трижды негативной формой рака – агрессивным типом – пятилетняя выживаемость составляет 77%, в то время как при наличии метастатической опухоли этот показатель снижается до 7–10%. Таким образом, важнейшей задачей в онкологии является точное определение вероятности развития метастазов. Несмотря на наличие различных проверенных методов диагностики, таких как анализ состояния лимфатических узлов, гистологическое исследование, размер опухоли и экспрессия генов, следует признать, что их прогностическая ценность ограничена, что указывает на насущную потребность в создании новых методов, позволяющих предсказывать метастазирование на ранних этапах.

В подавляющем большинстве крупных, плотных новообразований, в том числе при раке молочной железы, распространение происходит за счет совместной миграции клеток, которые остаются связанными. В авангарде таких групп находятся специальные клеточные лидеры. Они определяют направление движения, оказывая механическое воздействие и разделяя окружающие ткани. Установлено, что лидеры коллективного перемещения опухолевых клеток с большей интенсивностью захватывают флуоресцентные наночастицы и характеризуются более организованным внутренним строением. Идентификация этих клеток критически важна для создания адресных терапевтических подходов, которые способны эффективно подавлять метастазирование.

«Наша лаборатория на протяжении нескольких лет проводит исследования, направленные на изучение механизмов миграции и инвазии раковых клеток. В рамках предыдущих работ был разработан новый метод количественной оценки, позволяющий различать раковые клетки с разным уровнем метастатического потенциала. В основе этого подхода лежит предположение о том, что процессы, протекающие в цитоскелете мигрирующей клетки и эндоцитозе, обладают значительными общими чертами.

В рамках данного исследования было проанализировано взаимодействие клеток в процессе метастазирования, что позволило выявить факторы, определяющие этот процесс. Основная цель – разработка методов, позволяющих идентифицировать и устранять лидеров клеточного движения в ходе терапии. Эти лидеры создают движущие силы благодаря актомиозин-опосредованному выпячиванию и сократимости. Актомиозин, являясь сложным белком мышечной ткани и основным сократительным элементом, обеспечивает движение клеток, а также играет важную роль в других клеточных процессах, например, в эндоцитозе. Идентификация и выделение таких клеточных лидеров может существенно улучшить результаты лечения», – пояснила Юлию Мерхер, старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химиолучевой терапии МФТИ, комментируя результаты исследования.

Первый автор статьи Анастасия Александрова, студентка Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ, начала заниматься этим проектом в лаборатории персонализированной химиолучевой терапии в рамках менторской программы. Анастасия отметила: «В ходе экспериментов мы увидели, что наночастицы действуют подобно метке, подсвечивая именно те клетки, которые берут на себя роль первопроходцев. Это прямое доказательство того, что в них миграционный и эндоцитарный аппараты работают согласованно и эффективно. Именно активные клетки, ведущие за собой миграцию, способны поглощать намного больше наночастиц».

Для изучения принципов работы двигательного аппарата лидеров, исследователи провели анализ на клеточном уровне. Используя фаллоидин, соединение, специфически взаимодействующее с актиновыми нитями, ученые получили визуализацию цитоскелета. Результаты анализа изображений выявили значительные отличия между лидерами и остальными клетками. В клетках-лидерах актиновые филаменты отличались большей упорядоченностью и были ориентированы преимущественно в одном направлении, что подтверждалось высоким показателем анизотропии. Клетки с ограниченными двигательными возможностями, напротив, имели актиновую структуру, характеризующуюся хаотичностью и отсутствием определенного направления.

«Благодаря нашим экспериментам, нам удалось не только разработать новый метод выделения ведущих клеток, но и установить, что эти наиболее опасные клетки характеризуются уникальной механобиологической сигнатурой — сочетанием увеличенной способности к поглощению наносенсоров и высокоорганизованного цитоскелета. Это делает их оптимальной целью для адресной терапии. При условии, что мы сможем доставлять цитотоксические препараты непосредственно в эти клетки с помощью тех же наночастиц, мы получим эффективнейший инструмент для подавления метастазов», — заключил Сергей Леонов, заместитель руководителя лаборатории персонализированной химиолучевой терапии Московского физико-технического института.

Существенная особенность данного исследования состоит в комплексном методе, объединяющем способность клетки захватывать наночастицы, ее базовую структуру и склонность к агрессивному росту. В отличие от генетических анализов, которые не всегда применимы к различным видам рака, предложенный подход опирается на общие физические и механические характеристики клеток. Это дает возможность определять опасные группы клеток в опухоли, которые могут существенно различаться.

Научная публикация: Alexandrova, A.; Kontareva, E.; Pustovalova, M.; Leonov, S.; Merkher, Y. Определение ведущих раковых клеток в процессе миграции с помощью наночастиц: навигация в коллективе. Life 2025, 15, 127. https://doi.org/10.3390/life15010127

Информация поступила от Центра научной коммуникации Московского физико-технического института