Цикличное дело: ученые открыли тайну распространения метастазов в организме
Команда ученых из России детально показала, что инвазия опухоли, то есть ее прорастание в соседние органы, — это не просто разрушение тканей, а сложный процесс коллективной миграции опухолевых клеток, при котором метастазы инициируют дальнейшее распространение рака. Исследователи пересадили фрагменты новообразования мышам, что позволило воспроизвести процесс метастазирования, и впервые изучили его методом рентгеновской компьютерной микротомографии. Это позволило увидеть, как происходит процесс, описанный ранее в теории. О том, как результаты этой работы помогут клинической онкомедицине, читайте в материале «Известий».
Как распространяются метастазы
Российские ученые из Сеченовского университета и других крупных исследовательских центров впервые в мире детально изучили процессы инвазии и метастазирования методом рентгеновской компьютерной микротомографии. Это способ исследований тканей с помощью рентгеновского излучения без их разрушения. Его использование позволило впервые визуализировать процессы в трехмерном пространстве с микроскопическим разрешением.
— Гистологическое исследование, которое широко применяют патологоанатомы для диагностики онкологических заболеваний, позволяет получить только плоские, двумерные срезы опухоли и окружающих здоровых тканей, — рассказал «Известиям» руководитель исследования, младший научный сотрудник Института регенеративной медицины Сеченовского университета Сергей Ткачев. — Для точной диагностики заболеваний гистологическое исследование считается золотым стандартом диагностики, однако на плоских срезах невозможно проследить, как именно новообразование распространяется в живой ткани. Поэтому мы значительно увеличили точность визуализации опухолевой прогрессии, комбинируя микротомографию и гистологию.
Кроме того, по словам ученого, результаты исследования раскрывают перспективы для клинической онкологии. Рентгеновская микротомография может стать частью комплексного исследования органов, удаленных после операции, а также способна повысить точность определения стадии заболеваний, поскольку может детально визуализировать прорастание опухоли в сосуды, нервы, метастатическое поражение лимфатических узлов в трехмерном пространстве.
— Разрабатываются новые протоколы подготовки проб, которые в будущем могут значительно ускорить исследование операционного и биопсийного материала, а также стать инструментом для мониторинга лечебного патоморфоза опухоли, — отметил Сергей Ткачев.
Ученые смоделировали развитие плоскоклеточного рака пищевода: полученные от пациента фрагменты опухоли пересадили иммунодефицитным мышам, что позволило воспроизвести процесс инвазии и метастазирования. С помощью рентгеновской микротомографии и гистологического исследования сопоставимых зон интереса исследователи смогли детально изучить, как раковые клетки проникают в окружающие ткани, формируют метастазы и взаимодействуют с микроокружением.
Сложности при лечении метастатических опухолей
Исследование показало, что адаптивная фенотипическая пластичность (способность организма изменять свои наблюдаемые характеристики в ответ на условия среды) может приводить к изменению форм, свойств и поведения клеток опухоли в зависимости от тканевого микроокружения. Это влечет за собой выживание и инвазию клеток даже в условиях агрессивного лечения или недостатка кислорода. Этот процесс также обеспечивает сетевое, циклическое распространение рака. Метастазы, образовавшиеся на расстоянии от первичной опухоли, могут стать новыми центрами роста и инвазии, поддерживая процесс распространения патологии.
Такой механизм превращает рак в самоподдерживающуюся сеть, что объясняет сложности при лечении метастатических опухолей, подчеркнули ученые.
Полученные данные открывают новые возможности для разработки терапевтических стратегий, направленных на разрушение циклического процесса инвазии. Таргетные препараты, воздействующие на лидерные клетки или механизмы адаптивной пластичности, могут стать ключевыми в борьбе с метастатическими опухолями, подчеркнули специалисты Сеченовского университета.
По мере вторжения опухолевые клетки не просто разрушают ткани, но и адаптируются к различным условиям, используя доступные структуры для продвижения. Например, в плотной ткани селезенки они формируют пальцевидные выросты, вторгаясь в ткань органа, а на поверхности органов распространяются тонкими слоями, скользя по тканям, не разрушая их. Этот процесс — коллективная миграция — ключевая стратегия рака для выживания и дальнейшего распространения болезни, рассказали ученые.
Стратегии, направленные на прерывание циклического процесса инвазии и метастазирования, могут стать ключом к разработке более эффективной терапии, считают исследователи.
Среди достоинств описанного метода можно назвать качественную визуализацию структуры тканей в трехмерном измерении c микроскопическим разрешением без нарушения ее целостности и отсутствие артефактов, связанных с традиционным гистологическим исследованием, представляющим изображение только в 2D, рассказал «Известиям» профессор кафедры онкологии и рентгенорадиологии имени академика В.П. Харченко медицинского института РУДН Владимир Трифанов.
— Получение микротомограмм с визуализаций изображений в 3D позволило изучить паттерны инвазии. Так, было доказано, что феномен tumor budding (опухолевое почкование), описанный при гистологическом исследовании тканей, является артефактом, получаемым вследствие заготовки микропрепаратов. На самом деле «почки» не существуют сами по себе, а являются «пальцевидными выростами» — отражением процесса инвазии опухолевых клеток из первичного очага, — пояснил он.
Исследователи сделали действительно важный шаг в понимании процесса метастазирования, сказал руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов.
— Опубликованные результаты показывают, что рак распространяется не хаотично, а по сетевому принципу. И метастазы становятся своего рода плацдармами, через которые опухоль снова начинает проникновение в соседние ткани. Этот процесс становится цикличным и важным для развития рака. С клинической точки зрения это можно использовать для уточнения стадии новообразования. А зная это лучше, можно лучше строить прогнозы и подбирать тактику лечения, — отметил он.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда и опубликовано в журнале Cancers.
