Коллектив ученых из МФТИ разработал метод, позволяющий с высокой точностью идентифицировать наиболее агрессивные раковые клетки, ответственные за распространение метастазов. Работа опубликована в специальном выпуске Advancing Nanotechnology in Cancer Theranostics журнала Life (Impact Factor 3.4, CiteScore 6.0), приглашенным редактором которого является Юлия Мерхер, старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химиолучевой терапии МФТИ. Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ.
Ежегодно в мире рак молочной железы диагностируется более чем у 2 млн женщин. Смертельные случаи в основном обусловлены метастазами — миграцией и способностью раковых клеток проникать в окружающие ткани. Например, пятилетняя выживаемость пациентов трижды негативного рака — агрессивной формы — составляет 77%, тогда как для метастатической опухоли этот показатель составляет всего 7–10%. В итоге ключевой проблемой онкологии является точное прогнозирование вероятности метастазирования. Хотя на практике существует множество надежных методов диагностики, например, анализ состояния лимфатических узлов, гистология, размер опухоли и экспрессии генов, важно отметить, что прогностическая способность данных методов лимитирована, что подчеркивает острую необходимость разработки инновационных методов, способных предсказывать метастазирование на ранних стадиях.
В большинстве солидных («твердых») опухолей, включая рак груди, метастазирование происходит посредством коллективной миграции клеток, которые сохраняют связи друг с другом. Во главе группы встают особые клеточные лидеры. Они прокладывают путь, прилагая механические усилия и раздвигая окружающие ткани. Исследователи установили, что лидеры коллективного движения опухоли активнее поглощают флуоресцентные наночастицы и обладают более упорядоченной внутренней структурой. Обнаружение этих клеток имеет решающее значение для разработки таргетных методов лечения, способных эффективно сдерживать метастазирование.
«Изучением механизмов миграции и инвазии раковых клеток наша лаборатория занимается несколько лет. В предыдущих исследованиях мы разработали новый количественный подход к дифференциации раковых клеток с различным метастатическим потенциалом. Этот метод основан на фундаментальном предположении, согласно которому, процессы, происходящие в цитоскелете мигрирующей клетки и эндоцитозе, имеют существенное сходство.
В этой работе мы изучили взаимодействие клеток в процессе метастазирования, определив, что является их движущей силой. Наша главная задача — научиться выделять лидеров клеточного движения и в ходе лечения избавляться конкретно от них. Лидеры генерируют силы посредством актомиозин-опосредованного выпячивания и сократимости. Актомиозин — комплексный белок мышечной ткани, основной сократительный элемент, обеспечивающий движение, но он также важен для других клеточных процессов, таких как эндоцитоз. Обнаружение и выделение таких клеточных лидеров способны значительно повысить эффективность лечения», — рассказала об исследовании Юлия Мерхер, старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химиолучевой терапии МФТИ.
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».
Чтобы понять, как устроен двигательный механизм лидеров, ученые решили заглянуть внутрь клеток. С помощью фаллоидина, вещества, которое избирательно связывается с актиновыми нитями, они визуализировали цитоскелет. Анализ изображений показал существенные различия между лидерами и другими клетками сообщества. Актиновые филаменты в лидерах были гораздо более упорядоченными и выстроенными в одном направлении, что отражалось в высоком коэффициенте анизотропии. В то же время клетки с низким двигательным потенциалом демонстрировали хаотичную, беспорядочную структуру актина.
«Наши эксперименты позволили не просто найти новый способ для выделения лидирующих клеток, но и показать, что эти самые опасные клетки обладают уникальной механобиологической сигнатурой — комбинацией повышенной способности к поглощению наносенсоров и высокоорганизованного цитоскелета. Это делает их идеальной мишенью для таргетной терапии. Если мы сможем доставлять цитотоксичные препараты непосредственно в них с помощью тех же наночастиц, мы получим мощнейший инструмент для подавления метастазов», — подытожил Сергей Леонов, заместитель заведующего лабораторией персонализированной химиолучевой терапии МФТИ.
Таким образом, новизна работы заключается в комплексном подходе, который связывает функциональную способность клетки поглощать наночастицы с ее фундаментальным внутренним строением и агрессивным поведением. В отличие от генетических тестов, которые применимы не ко всем типам рака, этот метод основан на универсальных физических и механических свойствах клеток. Он позволяет выявить опасные популяции внутри опухоли, где клетки могут сильно отличаться друг от друга.
Научная статья: Alexandrova, A.; Kontareva, E.; Pustovalova, M.; Leonov, S.; Merkher, Y. Navigating the Collective: Nanoparticle-Assisted Identification of Leader Cancer Cells During Migration. Life 2025, 15, 127. https://doi.org/10.3390/life15010127
Информация предоставлена Центром научной коммуникации МФТИ
Источник фото: ru.123rf.com
