Исследователи охарактеризовали биомеханику клеток яичников в зависимости от фенотипа на разных стадиях рака
Исследователи из Виргинского политехнического института, используя клетки поверхностного эпителия яичников мышей, опубликовали в журнале Nanomedicine результаты, которые, по их мнению, помогут в оценке риска рака, диагностике и оценке эффективности лечения.
Изучая вязкоупругие свойства клеток яичников мышей, они смогли выявить различия между ранними стадиями рака яичников и более поздними, агрессивными фенотипами.
Исследования показали, что доброкачественные клетки яичников мыши являются более жёсткими и вязкими. Увеличение деформации клеток «прямо коррелирует с прогрессированием от нетуморной доброкачественной клетки к злокачественной, способной образовывать опухоли и метастазы у мышей», — заявил Масу́д Ага́, руководитель исследования и директор лаборатории микроэлектромеханических систем (MEMS).
Эти данные согласуются с исследованием Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которое показало, что метастатические клетки рака лёгких, молочной железы и поджелудочной железы на 70% мягче доброкачественных клеток. Результаты также подтверждают предыдущие отчёты группы Ага об упругих свойствах клеточных линий рака молочной железы.
В работе, поддержанной Национальным научным фондом и Институтом критических технологий и прикладных наук Виргинского политехнического института, также участвовали Ева Шмельц, Крис Робертс и аспирант Алперен Н. Кетене.
Исследователи стремятся расшифровать связь между молекулярными и механическими событиями, ведущими к раку и его прогрессированию. Успех в этом позволит врачам принимать более точные диагностические и терапевтические решения, основываясь не только на генетическом отпечатке, но и на биомеханической сигнатуре пациента.
Переломный момент в исследованиях наступил с развитием нанотехнологий в сочетании с инженерией и медициной. Учёные получили возможность изучать упругие свойства клеток, их способность к растяжению и адгезии. Эти исследования биомеханики клетки, связанной с её структурой, «имеют решающее значение для разработки лекарств и методов обнаружения болезней», — отметил Ага.
С помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) они могут характеризовать структуру клеток с нанометровой точностью. Микроскоп анализирует живые культивируемые клетки и способен обнаруживать ключевые биомеханические различия между нетрансформированными и раковыми клетками.
Согласно исследованиям, раковые клетки кажутся более мягкими или деформируются с большей скоростью, чем их здоровые нетрансформированные аналоги. Кроме того, увеличивается их текучесть.
Исследователи выбрали для изучения рак яичников, поскольку это один из самых смертоносных типов рака у женщин, который обычно диагностируется на поздних стадиях у пожилых пациенток, когда болезнь уже прогрессировала и дала метастазы.
Ранее не существовало информации о биомеханических свойствах как злокачественных, так и доброкачественных клеток яичников человека и об их изменении со временем.
Исследования на мышах показали, как клетка в процессе трансформации в злокачественную меняет свой размер, теряет изначально плотно организованную структуру и приобретает способность к независимому росту и образованию опухолей.
«Мы охарактеризовали клетки в соответствии с их фенотипом на ранние-доброкачественные, промежуточные и поздние-агрессивные стадии рака, что соответствовало их биомеханическим свойствам», — сообщил Ага.
«Модель рака яичников мыши представляет собой валидную и новую альтернативу изучению человеческих клеточных линий и предоставляет важную информацию о прогрессивных стадиях заболевания», — прокомментировали Шмельц и Робертс.
«Вязкость клетки — важная характеристика материала, поскольку все материалы проявляют некоторую форму зависящей от времени деформации», — сказал Ага. Эта черта является «императивной» частью любого анализа биологических клеток.
Результаты подтверждают, что цитоскелет влияет на биомеханические свойства клеток. Изменения этих свойств могут быть связаны с подвижностью раковых клеток и, потенциально, с их способностью инвазировать другие клетки.
«Когда клетки претерпевают изменения своих вязкоупругих свойств, они становятся всё более способными деформироваться, сжиматься и мигрировать через ограничивающие размер поры ткани или сосудов в другие части тела», — пояснил Ага.