Механика опухолей и внеклеточные везикулы: новый взгляд на прогрессирование рака
Анализ литературы по двум, казалось бы, разным областям — механике опухолей и внеклеточным везикулам (крошечным пакетам с белками и генетическим материалом, которые секретируются клетками) — выявил неожиданную связь. Кшитиз Парихар и его научный руководитель Рави Радхакришнан обобщили эти скрытые взаимосвязи в обзоре, опубликованном в Nature Biomedical Engineering.
Механика встречается с передачей сигналов
Ключевой вывод обзора: механика и клеточная коммуникация идут рука об руку. Опухоли не только химически, но и физически отличаются от здоровых тканей: они более жёсткие, бугристые и находятся под уникальным напряжением. Эти механические изменения влияют на количество высвобождаемых раковыми клетками везикул и даже на их «груз» (содержимое).
Исследователи выдвигают гипотезу о двустороннем процессе:
- Окружающая тканевая среда влияет на везикулы.
- Везикулы, в свою очередь, активно изменяют эту среду: они могут повышать жёсткость ткани и подготавливать её к метастазированию.
Внеклеточные везикулы как инструмент и мишень
Внеклеточные везикулы (EVs) привлекают внимание как «посланники», переносящие груз между клетками и влияющие на рост опухоли и иммунный ответ. Они представляют мощный исследовательский инструмент из-за своей доступности.
«Вместо того чтобы пытаться взять биопсию опухоли, что сложно и инвазивно, мы можем сделать простой забор крови и найти эти везикулы. Они похожи на отпечатки пальцев раковых клеток, которые их выпустили», — говорит Радхакришнан.
Однако перед практическим применением данных от EVs необходимо ответить на ключевые вопросы: почему раковые клетки секретируют гораздо больше везикул, чем здоровые, и как эти везикулы изменяют механику окружающих тканей?
Моделирование и будущие терапии
Из-за чрезвычайно малого размера везикулы невозможно надёжно отследить под микроскопом. Парихар разрабатывает вычислительные модели, чтобы симулировать их движение и взаимодействие, проверяя модели по экспериментальным данным.
Взаимодействие механики и биологии везикул открывает новые пути для терапии. Поскольку везикулы естественным образом производятся организмом, их можно использовать как биологически совместимые средства доставки лекарств. Комбинирование везикул с инженерными липидными наночастицами может создать гибридные системы для иммунотерапии.
«Мы начали сотрудничество с лабораторией Джины Ко, чтобы изучить, как EVs и липидные наночастицы могут работать вместе как комбинированная система доставки лекарств для лечения рака головы и шеи, особенно рака полости рта».
Междисциплинарный подход в обучении и исследованиях
Лаборатория Радхакришнана работает на стыке биологии, инженерии, вычислений и медицины. Этот междисциплинарный подход заложен и в обучении.
«Это не те проблемы, которые можно решить с одной точки зрения. Студенты и исследователи в моей лаборатории ежедневно работают с биологами, инженерами и клиницистами. Их учат мыслить шире любой отдельной дисциплины», — отмечает Радхакришнан.
Фокус на взаимосвязи везикул и механики вырос из гипотезы, разработанной в Пенсильванском университете: прогрессирование рака может быть столь же связано с тем, как вещи движутся в клетке, как и с химической передачей сигналов. Теперь, с новыми инструментами и коллаборациями, команда работает над превращением этих идей в терапии.
«Механобиология меняет наше представление о раке. Это не только химия, это физика, это инженерия, это транспорт. И Пенн — это место, где эти перспективы и эксперты мирового уровня объединяются для решения проблем междисциплинарным подходом».