Ионизирующее излучение смягчает микроокружение опухолевых клеток

Почти половина всех онкологических пациентов получает лучевую терапию для сдерживания роста злокачественных клеток. Однако мало что известно о том, как ионизирующее излучение влияет на внеклеточный матрикс (ВКМ) — комплекс белков и других биомолекул, окружающий клетки и играющий ключевую роль в их форме, движении и сигнальных функциях. Команда исследователей из Университета Вандербильта изучает, как облучение может изменять механические свойства микроокружения.

Учёные продемонстрировали, что ионизирующее излучение может снижать жёсткость как ВКМ извлечённой опухоли, так и изолированного матрикса из коллагеновых волокон. Результаты, опубликованные на этой неделе в специальном выпуске APL Bioengineering "Биоинженерия рака", открывают путь к использованию облучения для создания матриксов с заданными свойствами и предполагают, что лучевая терапия может иметь эффекты, выходящие за рамки повреждения клеточной ДНК.

"Мы хотели выяснить, как радиация влияет на ткани, окружающие клетки, в частности, как это меняет жёсткость матрикса", — сказала Синтия Рейнхарт-Кинг, автор статьи. "Изменение жёсткости ткани во время роста опухоли можно ощутить физически. Например, именно на жёсткость обращают внимание при самообследовании молочной железы".

По мере роста и дисфункции раковых клеток окружающая их сеть биомолекул становится более плотной и образует больше поперечных связей, что приводит к утолщению и повышению жёсткости матрикса. Этот более жёсткий ВКМ важен для миграции раковых клеток по организму, их взаимной сигнализации и формирования опухолей. Воздействие на жёсткость ВКМ стало перспективным инструментом в борьбе с раковыми клетками.

"Двадцать лет назад, если бы вы спросили, что является основными драйверами рака и на чём должно быть сосредоточено исследование, ответ был бы в основном связан с генетикой, и это по-прежнему актуально для персонализированной медицины", — отметила Рейнхарт-Кинг.

До сих пор большая часть исследований влияния облучения на клеточное микроокружение проводилась на образцах, содержащих клетки, что затрудняло оценку воздействия излучения именно на ВКМ, а не на внутренние механизмы клетки.

Инфракрасная спектроскопия показала, что излучение не разрушает отдельные волокна коллагена — длинных тонких структурных белков, служащих каркасом матрикса. Вместо этого оно смягчает матрикс, разрывая связи между этими волокнами, что приводит к релаксации матрикса и снижению его жёсткости.

Команда Рейнхарт-Кинг обнаружила, что опухолевые клетки с меньшей вероятностью распространялись, когда их жёсткий ВКМ заменяли на ВКМ, смягчённый облучением. Клетки, помещённые в жёсткий матрикс, с большей вероятностью пробивались через него к другой стороне градиента сыворотки, что аналогично тому, как метастазирующие раковые клетки высвобождаются из опухоли. В смягчённых матриксах клетки с большей вероятностью оставались на месте.

Рейнхарт-Кинг заявила, что их открытие может способствовать развитию фракционированной лучевой терапии в будущем — более длительных курсов лечения с использованием меньшей интенсивности излучения, чем в большинстве современных методов. Одна из конкретных областей интереса — определение, может ли смягчение матрикса уменьшить проницаемость близлежащих кровеносных сосудов и улучшить доставку лекарств.

"Поскольку с радиацией связаны риски, нас интересует, как следует фракционировать дозу", — сказала Рейнхарт-Кинг. "Ключ будет в том, чтобы найти правильный баланс".