Ученые МФТИ: метастазы выдают себя усиленным поглощением наночастиц

Эффективность предложенного нового метода оценки риска метастазирования опухоли, основанного на выявленной в предыдущих исследованиях особенности раковых клеток, установили в результате тестирования ученые МФТИ, 18 сентября сообщает журнал МФТИ «За науку».

Ранее биофизики МФТИ установили, что раковые клетки, перед тем, как внедриться в здоровые ткани, становятся подвижными и пластичными, а также обладают «повышенным аппетитом» — усиленно поглощают внешние вещества (эндоцитоз) для перестройки своей структуры.

Исследователи предложили таким клеткам в качестве внешнего материала флуоресцентные наночастицы. Исследование показало, что с агрессивностью опухоли (готовности к метастазированию) растет и ее аппетит — она поглощает больше частиц и свечение образца опухолевой ткани под микроскопом становится интенсивнее.

Такой недорогой и простой в техническом плане метод поможет лечащим врачам быстрее выбрать для пациента оптимальную на выявленной стадии заболевания терапию.

Рак в настоящее время стал одной из главных причин смертности в мире и именно метастазы становятся виновником более 90% всех смертей, связанных с раком. При этом прогнозировать развития метастазов сложно. С этой целью проводится оценка состояния лимфатических узлов, размера опухоли и гистологический анализ. Но эти предикторы метастазирования не являются безошибочными.

Подход, предложенный специалистами лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ, основан именно на повышенном аппетите раковых клеток. Готовясь к внедрению в здоровые ткани, они запускают процесс реорганизации своего актинового цитоскелета. Актиновый цитоскелет для перестройки включается в процессе эндоцитоза.

Ученые выдвинули гипотезу, согласно которой у метастазирующих раковых клеток возрастает способность захватывать частицы определенного размера. Поэтому, отслеживая количество поглощенных частиц, можно отличить раковые клетки от здоровых и определить, как далеко зашел процесс по процентному количеству этих хорошо поглощающих частицы клеток в составе клеток опухоли у пациента.

Для поглощения были выбраны наночастицы модифицированного карбоксилатом полистирола с флуоресцентными красителями (метки), которые уже широко используются в биохимии для изучения процессов эндоцитоза в клетках.

Свет с определенной длиной волны вызывает свечение красителя, и метки на фоне остальных клеток и тканей становятся хорошо заметны. Это явление лежит в основе метода флуоресцентной микроскопии.

Размеры частиц выбрали 100 и 200 нанометров — более мелкие дороже при изготовлении и требуют более чувствительного оборудования при использовании.

Испытание метода проводилось на раковых клетках молочной железы с низким и высоким риском метастазирования, а также на доброкачественных клетках.

В результате было установлено, что доброкачественные клетки наночастицы-метки не поглощают и не удерживают их на своей клеточной стенке, тогда как раковые клетки и удерживают, и поглощают метки, причем тем интенсивнее, чем более высок риск метастазирования.

Старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ Юлия Мерхер рассказала о проведенном исследовании:

«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».

По результатам эксперимента ученые предложили использовать частицы размером 200 нм в качестве меток уровня метастатического потенциала опухоли. Дополнительные исследования позволят оценивать риски появления склонности к метастазированию клеток у конкретного пациента.

Предложенный учеными МФТИ метод требует забора у пациента лишь небольшого количества клеток, что менее травматично и болезненно. Он недорогой и требует немного времени для анализа.

Если применяемое в настоящее время гистологическое исследование занимает несколько недель, то при использовании нового метода результат можно получить за час, а для онкологического больного важен каждый день, поскольку более раннее начало лечения повышает шанс на выздоровление.

Результаты исследования метода ученые МФТИ представили в статье «Инкапсуляция и адгезия наночастиц как потенциальный биомаркер склонности клеток TNBC к метастазированию», опубликованной в журнале Scientific Reports. (TNBC — трижды негативный рак молочной железы.)