Гетерогенная опухоль что это

Чем отличается доброкачественная опухоль от злокачественной

В медицине понятие доброкачественности означает лёгкое течение болезни, хорошие результаты лечения и неопасность для жизни. Под злокачественным процессом подразумевают разрушительное течение, сложность терапии, высокий риск смертности.

Для опухолей такое разделение условно. Тем не менее пациентам и врачам крайне важно определить вид опухоли. От этого зависят тактика лечения и прогноз.

Характеристика доброкачественных и злокачественных опухолей

Существуют чёткие критерии:

Доброкачественные опухоли чётко отграничены от здоровых тканей, часто имеют капсулу. Рак прорастает окружающие ткани, внедряется в сосуды, его контуры более аморфны.

Большинство доброкачественных опухолей могут расти годами, не проявляя симптомов. Карциномы растут быстро, нарушая функции органов и отравляя организм. Рост сопровождается утомляемостью, слабостью, потерей веса, болью.

Доброкачественные образования “сидят” на одном месте, постепенно растут и раздвигают здоровые ткани, подвижны при прощупывании. Раковые клетки слабо скреплены друг с другом, легко отделяются и разносятся лимфой и кровью по организму. Они оседают в лимфоузлах, костях, внутренних органах, образуя новые опухолевые очаги — метастазы. При пальпации узел спаян с тканями и не сдвигается.

Много информации даёт биопсия. Исследование показывает, что доброкачественные клетки похожи на здоровые, их структура более чёткая. Структура злокачественных клеток сильно изменена из-за выраженных мутаций. Чем меньше клетки напоминают ткань, из которой выросли, тем хуже прогноз для лечения и жизни.

Доброкачественную опухоль, такую как аденома простаты, можно удалить и добиться полного излечения. Если возникнет рецидив, он будет на том же месте, где нашли первичный очаг. Злокачественные образования трудно удалить полностью. Даже одна оставшаяся клетка даст новую опухоль либо на старом месте, либо там, куда она попала по сосудам. Выживаемость больных существенно ниже.

Общие свойства доброкачественных и злокачественных опухолей

Есть моменты, объединяющие оба вида новообразований:

Тяжесть симптомов зависит не только от степени сдавления тканей опухолью, но и от неспособности новообразования выполнять функцию здоровых клеток.

Виды опухолей

Различия не всегда очевидны. Нужна тщательная диагностика для поиска атипичных клеток.

Может ли доброкачественная опухоль стать злокачественной

Любая опухоль способна к малигнизации. Миомы, липомы, фибромы редко переходят в рак. Кисты — крайне редко. Невусы, аденомы, полипы в желудке или кишечнике — очень часто. Многое зависит от условий, в которых находится опухоль, питания, экологии, уровня стресса, гормональных сбоев, наличия предраковых болезней.

В Клинике урологии имени Р. М. Фронштейна доступна современная диагностика опухолей, разработаны эффективные методики лечения. Обращайтесь на консультацию и наши специалисты вам помогут.

Источник

Гетерогенная опухоль что это

Существуют три основные характеристики, присущие опухолевым клеткам. Во-первых, это бесконтрольный рост вне зависимости от клеточного окружения прилегающих тканей. Во-вторых, раковые клетки всегда находятся на той или иной стадии анаплазии, то есть теряют клеточную специализацию. В-третьих, раковые клетки способны метастазировать, то есть распространяться по организму и проникать в ткани далеко за пределы области развития первичной опухоли.

Эти три характеристики присущи клеткам большинства известных видов рака, однако существуют исключения. Действительно, в опухолевой ткани нарушены нормальные регуляторные механизмы контроля роста. Тем не менее обнаруживаются участки опухолевой ткани, где происходит контактное торможение роста неоплазии.

Далее, хотя большинство раковых клеток является «недифференцированными», то есть они как бы произошли от более раннего предшественника процесса тканевой дифференцировки, при некоторых видах рака опухолевые клетки сохраняют те или иные функции зрелой ткани, из которой они произошли. И только метастазирование является уникальным свойством, присущим только раковым клеткам.

Более того, поскольку чаще всего именно метастазы становятся причиной смерти больных раком, изучение биологических механизмов метастазирования является одной из ключевых задач современных исследований в онкологии.

В отдельных статьях на сайте мы рассмотрим события, происходящие вслед за воздействием на организм канцерогена и ведущие к развитию инвазивного метастазирующего злокачественного новообразования.

Большинство человеческих неоплазий по своей природе являются моноклональными. Это означает, что при канцерогенном воздействии на организм обычно первоначально поражается всего одна клетка и вся опухоль представляет собой результат размножения этой единственной клетки. Существуют две основные группы доказательств этой концепции.

Первая группа доказательств. Некоторые женщины бывают гетерозиготны по двум формам фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе (Г6ФД). Ген, кодирующий этот фермент, находится в Х-хромосоме, и женские гетерозиготы наследуют этот ген либо по отцовской, либо по материнской линии.

Если у женщины с гетерозиготным набором генов будет повреждена одна из Х-хромосом, каждая клетка ее тела будет содержать только одну из этих двух форм фермента. Обследования больных гематологическими видами рака, возникающими из гетерозиготности по гену Г6ФД, показали, что их раковые клетки всегда содержат только одну форму фермента. Это является сильным доказательством того, что рак развивается из одиночной клетки, несущей ту или иную форму гена.

При хронической гранулоцитарной лейкемии у больных обнаруживается рестрикция экспрессии ферментов в клетках гранулоцитарного ряда и, что особенно важно, в эритроцитах и тромбоцитах. Таким образом, процесс злокачественной трансформации поражает стволовые клетки.

Описанные подходы трудно применимы к раку. По-видимому, рак развивается из некоего «поля вероятности», когда толчок к развитию опухоли из тканевых клеток дают сразу несколько клональных линий, возникающих практически одновременно. Аналитические исследования женщин с раком мочевого пузыря показали, что у них все опухолевые клетки обнаруживают супрессию по одному и тому же локусу Х-хромосомы, тогда как здоровые клетки мочевого пузыря демонстрируют случайные супрессии одной из двух Х-хромосом.

Приведенный факт также подтверждает моноклональную теорию происхождения рака. Кроме того, в исследованиях было показано, что хотя делеция 9q участка хромосомы обязательно присутствует во всех раковых клетках, в некоторых клетках была также обнаружена потеря 17р и 18q участков, что предположительно связано с более поздними этапами развития опухоли. Это также говорит о том, что хотя возникновение и первичное развитие опухоли происходят из одной клетки, в процессе ее роста возможно возникновение и нарастание генетической изменчивости составляющих ее клеток.

Вторая группа доказательств моноклональной природы рака происходит из исследований лимфом и различных лимфоидных форм рака. Было показано, что иммуноглобулины, продуцируемые лимфоидными неоплазиями (и встроенные в мембрану, и выделяемые в кровяное русло, как в случае с миеломой), почти всегда являются моноклональными, принадлежащими к одному классу и обнаруживающими одинаковую рестрикцию экспрессии легких цепей.

Безоговорочное принятие теории моноклональности рака иногда заставляет исследователей приписывать раковым опухолям гораздо более предсказуемое поведение, чем это есть на самом деле. Реальное же положение вещей такое, что, несмотря на моноклональное происхождение, неоплазии в процессе своего развития обнаруживают все большую и большую гетерогенность. Этот факт необходимо всегда учитывать при лечении онкологических заболеваний и в оценке природы опухолевых метастазов.

Как же вообще возникает гетерогенность, если раковая опухоль первично моноклональна? Дело в том, что процесс злокачественной трансформации всегда сопровождается общей генетической нестабильностью, что вызывает многочисленные фенотипические изменения первоначально однородных клеток. Некоторые из мутирующих клеток выживают и дают начало новым линиям развития, некоторые погибают в результате мутации. Выживаемость мутировавших клеток зависит от их гормональной и биохимической стабильности, а также от возможности их распознавания иммунной системой.

Таким образом, зрелую опухоль можно рассматривать как конгломерат клеток моноклинального происхождения, но различающихся по способности к метастазированию, устойчивости к цитотоксическим препаратам и атакам иммунной системы организма.

Процесс постепенного накопления хромосомных изменений в ходе прогрессии опухоли показан на рисунке на примере развития рака толстой кишки из полипа толстой кишки. По мере роста опухоли и возрастания генетической нестабильности в ее клетках возникают многочисленные разрывы хромосом, делеции и редупликации генов. Морфологически это сопровождается изменчивостью клеточных ядер и ростом числа плеоморфных цитологических форм.

Опухолевые клетки многих видов рака содержат мутации по гену, кодирующему белок р53. Этот ген кодирует наработку ядерного фосфопротеина, который участвует в контроле клеточного цикла, запрещая вступление клетки в фазу G1, если обнаруживаются повреждения клеточной ДНК. В нормальных клетках под действием ультрафиолетового облучения или цитотоксических препаратов происходит резкое увеличение содержания р53, что связано со стабилизацией белка после трансляции.

Деактивация функций р53 в результате мутации приводит к тому, что клетка вступает в митоз даже с ошибками в своем генетическом коде. Мутации в гене р53 раковых клеток приводят к конформационным изменениям фермента и делают его неактивным. Мутантные формы фермента теряют способность связываться с молекулами ДНК. Таким образом, мутация белка р53 является ключевым моментом опухолевой профессии, когда злокачественные клетки вступают в клеточный цикл без предварительной репарации поврежденных участков ДНК. В дальнейшем происходит процесс все большего накопления мутационных изменений.

Популяция раковых клеток, выросшая как потомство одной единственной клетки, в ходе своего развития обнаруживает значительную изменчивость как по скорости роста отдельных субпопуляций, так и по их цитоплазматической организации, гормонально-рецепторному статусу, чувствительности к радиоактивному облучению и цитотоксическим препаратам. В качестве примера можно привести мелкоклеточный рак легкого.

При этом заболевании клетки первичной опухоли и отдаленных метастазов значительно отличаются друг от друга по уровню цитоплазматического кальцитонина, гистаминазы и L-дофаминовой декарбоксилазы. Обнаруживаются также кариотипические различия клеток первичных и вторичных опухолей.

Гетерогенность опухолей представляет собой громадную проблему для терапии рака. Если опухоль обнаруживает изменчивость клеточных фенотипов и антигенной экспрессии, становится очень трудно оценить, какой вид иммунотерапии может дать положительный лечебный эффект. Аналогично, наличие в единичной опухоли субпопуляций клеток с различной чувствительностью к тем или иным цитостатическим препаратам обусловливает ее резистентность к химиотерапии, которая часто выявляется в ходе проведения лечения.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Гетерогенная опухоль что это

Вашингтон, 6-10 апреля 2013

Основными темами, обсуждаемыми на конгрессе Американской Ассоциации по Изучению Рака (AACR), стали гетерогенность опухоли и теория клонов.

2 метастаза одной первичной опухоли. Один метастаз сохранил молекулярно-генетические признаки первичной опухоли и развивается из ее клеток (подклон «А»), второй метастаз – в том же органе – в силу генетических мутаций образован подклоном клеток «Б», соответствующих гистологически первичной опухоли, но отличающийся, например, мутацией PIK3CA. Дальнейшее развитие болезни: метастаз, образованный подклоном «А», остается без изменений в развитии и размерах; метастаз, образованный подклоном «Б», начинает метастазировать самостоятельно. В других органах появляются метастазы, отличные по молекулярно-генетическим признакам от первичной опухоли, соответствующие типу «Б», и, как правило, с более агрессивным течением. В определенный момент появляются подклоны «В», «Г» и т.п. – каждый со своим развитием и течением.

В описанном случае речь идет о внутриопухолевой гетерогенности. Внутриопухолевая гетерогенность также встречается в буквальном смысле внутри одной опухоли, т.е. внутри одного опухолевого очага: разные участки опухолевого очага образованы подклонами «А» и «Б».

Второй вариант – это межопухолевая гетерогенность. У каждого пациента с единым гистологическим вариантом, например, с немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ), существует свой клон. У пациента 1 – клон «1», у пациента 2 – клон «2». И, конечно, течение болезни разное. Это хорошо изучено на примере НМРЛ, с мутацией EGFR или без нее.

В теории – необходимо подавлять развитие каждого подклона, персонализировать терапию, влиять на каждую «мутацию», обеспечивающую выживание и деление клетки. Ведь уже известно из практики, что резистентность к терапии может быть вызвана устойчивостью определенного подклона (или даже одной клетки-предшественника подклона).

Схема лечения пациента в недалеком будущем может выглядеть так:

Об Американской Ассоциации по Изучению Рака (AACR)

Американская ассоциация, объединяющая специалистов, занимающихся фундаментальной онкологией и трансляционными исследованиями во всем мире. Ассоциация была создана в 1907 году 11 врачами, которых заинтересовал вопрос изучения рака. Сегодня AACR – это крупнейшее ведущее профессиональное сообщество. Например, 20% всех цитируемых в онкологии публикаций приходятся на журналы AACR, а в комитеты входят Нобелевские лауреаты, в том числе действующий директор Национального Института Рака (NCI). Ежегодный Конгресс AACR – «аналог» конгресса ASCO в фундаментальной онкологии.

Источник

Гетерогенная опухоль что это

Рак молочной железы (РМЖ) является лидирующей мировой онкопатологией в структуре как заболеваемости, так и смертности от злокачественных новообразований. Несмотря на активную пропаганду ранней диагностики и участия в скрининговых программах, около 4—10% пациенток в мире обращаются к онкологу уже с наличием диссеминированного опухолевого процесса (IV стадия) [1, 2]. Кроме того, когорту женщин с распространенным РМЖ ежегодно пополняют пациентки с рецидивами заболевания (около 25—30% от числа ранее пролеченных больных с I—III стадией) [3, 4]. При планировании лечебной тактики онкологи опираются на информацию о биологическом подтипе первичной опухоли и клинических факторах, важнейшими из которых являются состояние пациентки, коморбидность, наличие висцерального криза, распространенность опухолевого процесса, длительность безрецидивного интервала, предшествующее лечение и ответ на него [5, 6]. Однако опухоли нередко гетерогенны по строению и могут демонстрировать различный уровень экспрессии рецепторов и пролиферативную активность на разных участках [7, 8] (см. рисунок). Внутриопухолевая гетерогенность экспрессии Her2/neu в карциноме молочной железы. Иммуногистохимическая реакция, ×200. Зеленая стрелка — выраженная экспрессия (3+), красная стрелка — отсутствие экспрессии (0). Неудивительно, что рецидивная опухоль и метастазы могут существенно отличаться по строению от первичной карциномы, что требует повторного биологического тестирования для определения оптимальной тактики лечения.

Особенности метастазирования РМЖ

Особенности метастазирования РМЖ хорошо изучены; прогрессирование РМЖ проявляется преимущественно метастазами в костях, легких, печени и головном мозге. Однако различные биологические подтипы значимо различаются по частоте прогрессирования, длительности безрецидивного интервала, множественности поражения и органотропности метастазирования [9—11]. Так, частота развития отдаленных метастазов напрямую зависит от биологических характеристик опухоли: при люминальных HER2-негативных РМЖ доля рецидивов минимальна (6,4% при люминальном, А подтипе, 12,1% при люминальном B), однако доля пациенток с генерализацией опухолевого процесса весьма весома при HER2-позитивном РМЖ (19,2%) и тройном негативном раке (ТНР) (27,4%) [10].

Биологические подтипы РМЖ значимо отличаются и по органотропности метастазирования; по данным крупного анализа базы SEER (Q. Wu и соавт.) [9] с включением 17 445 пациенток с наличием отдаленных метастазов РМЖ, в качестве первого рецидива поражение костей имели 50,7% женщин, поражение легких — 23,9%, поражение печени — 19,7% и метастазы в головном мозге — 5,7% больных. Авторы отмечают, что изолированное поражение костей и легких характерно для люминальных HER2-негативных опухолей, тогда как для тройного негативного и HER2-позитивного РМЖ – мультиорганное метастазирование. Причем при люминальных HER2-негативных опухолях доминировало поражение костей (58,5%), тогда как при других биологических подтипах доля костных метастазов была существенно меньше (36,4% при ТНР, 47,3% при люминальном HER2-позитивном РМЖ и 34,5% при гормононегативном HER2-позитивном подтипе; р Исследования по оценке дискордантности при РМЖ

Одно из крупных исследований по оценке гетерогенности представлено в 2017 г. G. Erdem и соавт. [15] проанализировали результаты биопсии рецидивов РМЖ у 549 пациенток. Отмечен высокий уровень дискордантности между первичной и рецидивной опухолями по статусу ER, PR и HER2 (27,2, 38,6, 14,4% соответственно). Крайне важно, что изменения в рецепторном статусе при прогрессировании РМЖ значимо отражались на дальнейшей судьбе пациенток: «потеря» гормонопозитивного статуса приводила к худшим показателям выживаемости. В противоположность этому выявление гормонопозитивного статуса рецидива при первичной гормононегативной карциноме значимо увеличивало не только пострецидивную выживаемость (с 31 до 56 мес), но и общую выживаемость (с 57 до 119 мес; р=0,0001). Аналогичные данные представлены и для статуса HER2: «потеря» HER2-позитивного статуса рецидивной опухолью приводила к существенному сокращению выживаемости после развития рецидива (с 60 до 26 мес) и общей выживаемости (с 111 до 60 мес; р=0,009) [15].

Крайне важно, что биологический подтип опухоли меняется у каждой 4-й пациентки не только при первом рецидиве, но и при последующем прогрессировании заболевания. E. Lower и соавт. [16] показали важные различия между первичной и рецидивной опухолью. Причем при последующем прогрессировании (второй рецидив РМЖ) различия в статусе ER, PR и HER2 только усугублялись. Если различия в рецепторном статусе между первичной опухолью и первым рецидивом РМЖ составили по статусу ER 15,8%, PR 33,7%, HER2 14,3%, то при повторном прогрессировании вторая рецидивная опухоль была дискордантна по отношению к первичной карциноме уже в 28% случаев (по статусу ER), 41% (PR) и 20% (по статусу HER2). Причинами таких биологических изменений могут быть генетическая нестабильность опухоли, приводящая к гетерогенности опухолевого пула, а также опухолевая селекция под действием противоопухолевого лечения и как исход — выживание наиболее агрессивных биологических клонов РМЖ.

Эволюция взгляда на целесообразность выполнения биопсии рецидивной опухоли наглядно отражена в исследовании S. Shachar и соавт. [20] с включением 409 пациенток с метастатическим РМЖ, получивших лечение в Rambam Health Care Campus (Израиль). У 165 больных выполнена биопсия метастатических очагов, причем доля биопсий существенно возросла с течением времени (57% до 2000 г.; 60% в период 2000—2009 гг.; 74% после 2010 г). Авторами [20] отмечен высокий уровень дискордантности между рецепторным статусом первичной и рецидивной опухоли (потеря статуса HR+ в метастазах отмечена у 15% пациенток, появление статуса HR+ — в 8% случаев; потеря статуса HER2+ в метастазах отмечена всего у 4% больных, в то время как приобретение статуса HER2+ — в 9% случаев). Причем сам факт выполненной биопсии при прогрессировании РМЖ оказался прогностически значимым в многофакторном анализе; авторами показано значимое увеличение показателей выживаемости и снижение риска смерти на 36% (HR 0,64; p

Источник

Опухолевые разговоры, или Роль микроокружения в развитии рака

Опухолевые разговоры, или Роль микроокружения в развитии рака

Автор

Редактор

Клетки многоклеточного организма существуют не сами по себе, а в создаваемом ими самими тканевом окружении, подобно людям, являющимся элементами общества. Клеточная микросреда не только играет важнейшую роль в поддержании функционирования клетки, но и сама активно на него влияет. Реципрокные динамические взаимодействия между клеткой и ее окружением играют решающую роль в развитии онкологических заболеваний, ставших бичом нашего времени. Развитие современных технологий лабораторного изучения клеток и их микроокружения позволяет отследить эти процессы в беспрецедентных деталях и даже смоделировать в лаборатории микросреду по своему желанию.

Написание и размещение этой статьи оплачено ООО «Компания Хеликон», специализирующейся на комплексном оснащении биологических лабораторий и поставке решений на основе микрофлюидики. «Хеликон» никак не влиял на содержание этой статьи.

Жизнь на Земле начиналась с простейших организмов, состоящих из одной клетки, которой приходилось быть самостоятельной и самодостаточной. Однако со временем начали появляться и более сложные существа. Клетки в них уже различались внешне и отвечали за разные функции организма, хотя всё еще могли быть не разнесены в пространстве. Что же касается современных многоклеточных организмов — тут уже не скроешь высокую сложность их устройства и сотни типов клеток, образующих ткани, складывающие всё тело: от носа до кончика хвоста. И здесь клетки должны работать особенно слаженно.

Для этой цели в ходе эволюции выработалась система «общения» между клетками, похожая на нашу речь, только вместо слов в ней используются молекулы. Так, клетки могут «общаться» и с дальними соседями (как это происходит в гормональной системе), и со своим ближайшим окружением — микросредой. Среди важных примеров такого взаимодействия — появление дифференцированных клеток из клетки-предшественницы — например, стволовой клетки (СК). Стоит только вспомнить схему гемопоэза (рис. 1): из одной мультипотентной (способной дать начало целой родословной) клетки в результате многостадийного процесса под влиянием различных сигналов появляются и разнообразнейшие варианты иммунных клеток, и форменные элементы крови.

Рисунок 1. Постэмбриональный гемопоэз у человека: гемопоэтическая СК костного мозга дает начало миелопоэзу и лимфопоэзу. Рисунок из «Википедии». Чтобы посмотреть рисунок в полном размере, нажмите на него — он откроется в новой вкладке.

Специализированную физиологическую микросреду, в которой находится СК, называют тканевой нишей. Она поддерживает основные характеристики, отличающие стволовую клетку от всех остальных: плюрипотентность и способность самообновляться [1]. Начнет ли клетка делиться либо останется в покоящемся состоянии, тоже во многом зависит от среды вокруг нее [2, 3].

Однако сложные структуры присущи не только здоровому организму. Нездоровое микроокружение — например, избыток активных форм кислорода и воспалительная реакция — может спровоцировать появление рака [4]. Многие секретируемые в опухолях молекулы участвуют и в «нормальной» передаче сигнала — например, в сигнальных путях Wnt, Notch, Hedgehog, PI3K и JAK-STAT. Появившиеся новообразования тоже очень гетерогенны и «общаются» со своей микросредой. В них присутствуют раковые стволовые клетки (РСК) и клетки с приобретенными «стволовыми» свойствами* (рис. 2), которые продолжают делиться и способствуют разрастанию очага болезни. Поскольку противоопухолевые препараты изначально нацелены на определенную субпопуляцию клеток**, лечению иногда не под силу полностью справиться с заболеванием. Клетки, устойчивые к лечению, называют резистентными.

* — Если природа иногда очень неуместно наделяет клетки «стволовыми» свойствами, то человек старается сделать это целенаправленно — не просто индуцировать плюрипотентность у подходящих типов клеток, но учесть все возможные последствия такого перепрограммирования: «Была клетка простая, стала стволовая» [5], «Снежный ком проблем с плюрипотентностью» [6], «В поисках клеток для ИПСК — шаг за шагом к медицине будущего» [7]. — Ред.

Рисунок 2. Гетерогенная структура опухоли. На начальном этапе онкогенеза хроническое воспаление, накопление активных форм кислорода (АФК) и старение способствуют клональной экспансии клеток с генетическими или эпигенетическими нарушениями. Впоследствии в этих клетках могут произойти дополнительные мутации, и тогда они могут дать начало злокачественной опухоли. Сама опухоль вскоре оказывается гетерогенной, состоящей из нескольких субпопуляций раковых клеток, — благодаря «побочным» мутациям или эпигенетическим изменениям. Рисунок из [9], адаптирован.

Более того, раковые клетки (РК), выделяя сигнальные молекулы, подготавливают специальные ниши для будущих метастазов. В этой связи крайне перспективной становится возможность манипулировать раковыми стволовыми клетками, влияя не на них самих, а на их микросреду или на окружение метастазов. Некоторые исследователи утверждают, что будущее противоопухолевой терапии — это разработка препаратов, направленных на РСК и метастатические ниши.

Структура микроокружения

Микроокружение первичной опухоли (появившейся недавно «с нуля» и еще только готовящейся дать метастазы) очень разнородно. В него входят другие клетки, кровеносные сосуды, внеклеточный матрикс (ВКМ) и целый коктейль из сигнальных молекул. Эти факторы не только поступают извне, но и секретируются самими РК. Иными словами, это двунаправленный процесс: и рак влияет на свою среду, и среда влияет на рак (рис. 3) [17]. Один из классических примеров — это то, как опухоли увеличивают для себя приток питательных веществ. Они выделяют молекулы (например, фактор роста эндотелия сосудов, VEGF), воздействующие на соседние эндотелиальные клетки и провоцирующие рост сосудов — ангиогенез [18].

Рисунок 3. Регуляция ниши стволовых клеток нормального кишечного эпителия и колоректального рака. Слева — Сигнальные молекулы, секретируемые кишечными субэпителиальными миофибробластами (ISEMFs) и клетками Панета (Paneth), способствуют обновлению пула СК и нормальной кишечной пролиферации. Справа — Состав микроокружения способствует размножению клеток колоректального рака (КРР) либо их переходу в состояние покоя, из которого они — под влиянием того же микроокружения — могут выйти и восстановить свой онкогенный потенциал. Рисунок из [17], адаптирован.

Роль воспалительных реакций

Микроокружение опухоли характеризуется постоянным воспалением. М2-макрофаги, нейтрофилы, тучные клетки, повышенная концентрация медиатора воспаления оксида азота (NO), многие провоспалительные цитокины — всё это способствует процветанию РК и увеличению агрессивности рака [19]. Поддерживают развитие опухоли также регуляторные Т-клетки и Т-хелперы 2 типа.

Среди сложнейшей сети сигнальных путей особое место по отношению к раку отводится двум системам, приводящим к активации генов, — NF?B и STAT3. Эти факторы транскрипции могут начать работу в ответ на многое: воспаление, бактериальные или вирусные антигены, стресс, свободные радикалы. Используя эти пути, опухоль образуется, пролиферирует, активирует процессы ангиогенеза и инвазии, метастазирует — в общем, делает практически всё для собственного развития. Как оказалось, активация NF?B задействована даже в формировании резистентности рака к химиотерапии и облучению. Эти виды лечения эффективно убивают дочерние раковые клетки, но редко уничтожают сами РСК [19], что обычно имеет печальные последствия в форме обострения болезни спустя какое-то время.

Однако иммунное микроокружение опухоли может оказывать и обратное влияние. Тогда в него включены другие клетки: M1-макрофаги, Т-хелперы 1 типа, цитотоксические Т-клетки, АПК и естественные киллеры [20]. Переключение с антиопухолевого режима на проопухолевый сейчас активно изучается. К примеру, недавно показано, как рак подавляет нормальные функции эффекторных Т-клеток [21].

Внеклеточный матрикс

Внеклеточный матрикс — это каркас микроокружения, формирующий его механическую структуру*. Его создают мезенхимальные клетки: фибробласты, хондроциты, остеобласты. Состав внеклеточного матрикса очень сложен и многообразен: в него входят коллагены — основные белки соединительной ткани (например, коллаген типа IV), протеогликаны, гликопротеины (фибронектин и ламинин-1) и другие компоненты. Ключевые ферменты матрикса — матриксные металлопротеиназы (ММП), разрушающие практически любой белок внеклеточного пространства и тем самым преобразующие его структуру. Двунаправленное влияние ВКМ и РК при некоторых условиях может способствовать прогрессированию опухоли, влиять на ее агрессивность и способность расселяться по всему организму [20]. Например, не только опухолевая клетка для своего роста ремоделирует матрикс, выделяя ММП, но их могут выделять и стромальные клетки микроокружения, облегчая инвазию РК.

* — Внеклеточный матрикс — это вообще святая святых многоклеточной организации. Это «духовные скрепы» и платформа для реализации «организменного законодательства», призванного ограничить права (свободу) индивидуальных клеток и навязать обязанности — всё сугубо для процветания целого организма. Почему это выгодно отдельным клеткам, как неразумные бунтуют, формируя опухоли, и как вообще складывалась в эволюции вся эта система клеточной кооперации, рассказано в статье «Дипломатия клеток: взлёты и падения» [22]. — Ред.

Метастазирование и метастатические ниши

Метастазирование — это процесс распространения и расселения клеток первичной опухоли по организму и образования новых опухолей. Оказывается, вторичная опухоль образуется не в случайном месте, а в зоне с подходящим микроокружением, которую дистанционно «подготовила» первичная опухоль посредством сигнальных молекул. До попадания РК такая ниша считается преметастатической, а после — метастатической (рис. 4). Сложные взаимодействия между попавшей в нишу клеткой и микросредой обеспечивают успешное разрастание метастаза из одной клетки, принимающейся активно делиться.

Рисунок 4. Метастатические ниши в период ранней колонизации отдаленных органов. а — Системные изменения, вызванные первичной опухолью молочной железы: мобилизация рецептора 1 фактора роста эндотелия сосудов (VEGFR1) и клеток костного мозга (BMDCs), привлечение РК в легкие, ремоделирование внеклеточного матрикса (ВКМ) и формирование преметастатической ниши, которая способствует колонизации легких клетками рака молочной железы. б — Клетки рака простаты попадают в нишу остеобластов, конкурируя с гемопоэтическими стволовыми клетками (HSCs). Хемокин CXCL12 способствует колонизации путем взаимодействия с рецептором CXCR4. в — Клетки рака молочной железы приносят с собой свой «нишевый материал», тенасцин C (TNC), ускоряя этим колонизацию легких. г — Активированные миофибробласты секретируют компоненты метастатической ниши TNC и периостин (POSTN), усиливая рост метастаза. Рисунок из [2], адаптирован.

Метастатические ниши (МН) рассеяны по всему организму и даже могут перемещаться с развитием болезни. Их можно найти и в гипоксичных областях, и во фронтах инвазии, и даже в обычных нишах СК [2]. Влияние РК на микроокружение позволяет перенастроить изначально неподходящие окружающие условия себе на пользу. Состав МН схож с микроокружением первичной опухоли: он представлен сосудистой сетью, компонентами внеклеточного матрикса и стромы — мезенхимальными и иммунными клетками. Микросреда отличается крайне активной «жизненной позицией». Она не только может «спрятать» РК от атак иммунной системы, но и перепрограммировать дифференцированную РК в РСК. Сложная смесь из факторов роста, хемокинов, гормонов и ферментов помогает РСК выжить и образовать метастаз.

У опухолевой клетки, попадающей в нишу, есть два пути. При неблагоприятных условиях она может перейти в состояние покоя, а при благоприятных — напротив, начать делиться и формировать метастаз. Предполагается, что РК может оставаться в нише, не делясь даже несколько десятков лет. Некоторые ученые выдвигают гипотезу, что покоящиеся метастазы присутствуют в организме с первой стадии рака, а не с четвертой (терминальной), как принято считать. В таком случае РК просто выжидает подходящего момента, а с изменением внешней среды «просыпается» и берется за работу.

Такое «переключение режимов» тоже регулируется молекулярным содержанием ниши и взаимодействием между МН и РК. Например, для регуляции состояния покоя, как показывают исследования, важен баланс между концентрацией белков семейства TGFβ и промитогенными цитокинами. У покоящихся клеток обнаружены и особые взаимодействия с внеклеточным матриксом — временная адгезия к его компонентам [23].

Как считают исследователи, терапия, нарушающая функцию микроокружения раковой клетки, очень перспективна. Например, если мишенью препарата станет МН, то можно добиться невероятных результатов: не только предотвратить появление метастазов, но и вылечить уже существующие. Но для этого сначала предстоит узнать больше о взаимодействии окружения и клетки, находящей приют в этой «тихой гавани».

Модели изучения микроокружения

Сегодня существует множество моделей изучения того, как микросреда изменяет отдельные клетки и их ДНК, и сопутствующее оборудование становится всё более компактным, автоматизированным и многофункциональным.

Раньше для выращивания клеток в культуре преимущественно использовались двухмерные (плоские) матрицы. На них было показано, что ограничением формы или подвижности клетки можно спровоцировать деление, апоптоз или даже дифференцировку мезенхимальных СК человека. Сейчас к этим моделям добавились и трехмерные модели из синтетических гидрогелей и матриц, основанных на коллагеновых волокнах. С их помощью удалось обнаружить, что у клеток, культивируемых в 2D- или 3D-окружении, различаются* фенотип, клеточно-матриксная адгезия и даже экспрессия генов.

* — О том, как чипы различных размеров и разной архитектурной сложности направляют дифференцировку мышиных нейрональных клеток-предшественниц в нейроны либо глию, можно прочитать в статье [24].

Для более корректного сравнения клеток, выращенных в двух- и трехмерной среде, разработаны специальные микролунки: одиночная клетка контактирует с плоской поверхностью, на которую нанесены адгезивные лиганды. Так, изменяя упругость подложки, можно манипулировать формой клетки в пространстве [25].

Близкий подход применяется для изучения метастатических ниш. Например, в 2013 году ученые создали модель спящих костных метастазов при раке груди. К этому исследователей подтолкнуло то, что примерно у трети больных раком груди уже на ранней стадии в костном мозге обнаруживают раковые клетки. Метастазы же развиваются только у половины из них — иногда спустя десятилетия после постановки диагноза. Возникло предположение, что «пробуждение» РК провоцируют факторы микросреды и (или) системные изменения. Эту гипотезу ученые и проверили на модели. 3D-коллагеновая биоматрица, в которой культивируют клетки костного мозга вместе с разными раковыми клетками, во многом воспроизводит естественную костную метастатическую нишу. Как оказалось, с помощью изменения ключевых сигнальных путей, отвечающих за переход клетки в состояние «спячки», можно манипулировать РК: искусственная ниша может и поддерживать, и ингибировать переход клеток в состояние покоя [26].

На похожей модели другая группа исследователей показала, что фармакологическое ингибирование сигналинга киназ определенного семейства не дает спящим клеткам рака груди вновь начать делиться. Поскольку для пролиферации нужна также активация другого гена, то параллельная терапия двумя ингибиторами вызывает апоптоз и задерживает рост метастазов. Авторы указывают, что такое комбинированное лечение может предотвратить повторное развитие рака молочной железы [27].

В наш век развития передовых биотехнологий было бы странно, если бы уже не были придуманы специальные приборы для отслеживания процессов опухолевой инвазии и эпителиально-мезенхимального перехода. К примеру, появились микрофлюидные технологии с различными механическими препятствиями и хемотаксическими градиентами. На одной из таких моделей обнаружено, что мигрирующая эпителиальная РК движется быстрее, если митохондрия находится в ее «головной» части [28].

Комбинированная система Polaris от Fluidigm Corp.

Микрофлюидика на службе исследователей клеточных ниш

Изучение единичных клеток с помощью биочипов на основе технологий микрофлюидики впервые было предложено в 2013 году, когда компания Fluidigm Corp. (США) анонсировала первый чип для профилирования гетерогенных популяций клеток [29]. Чип С1 TM позволил исследователю объединить захват отдельных клеток, лизис, обратную транскрипцию и амплификацию в единый автоматический протокол, тем самым решая большинство существующих проблем со скоростью эксперимента и надежностью и воспроизводимостью получаемых данных.

Довольно быстро биочипы заняли свою нишу во многих областях науки и медицины: изучении стволовых клеток, иммунологии, эпигенетике и, конечно, в онкологии. Так, с помощью биочипов была проведена одна из самых масштабных работ по определению клональности мутаций у пациентов с острым лимфобластным лейкозом. Результаты дали основания полагать, как именно происходило развитие заболевания в каждом конкретном случае [30].

Помимо манипуляций с потоками среды и газа, температурой и влажностью, в камеры клеток можно вводить дополнительные факторы, в том числе сигнальные молекулы, РНК, вирусы и бактерии. Такая свобода действий позволяет, во-первых, смоделировать практически любое клеточное состояние — апоптоз ли, пролиферацию, воспаление, гипоксию, дифференцировку или синтез специфических белков, а во-вторых, получать воспроизводимые и надежные результаты, гарантировать которые могут только приборы с высоким уровнем автоматизации. Более того, с того момента, как клетка попадает на чип, за каждым мгновением ее жизни ведется наблюдение, что позволяет напрямую соотносить изменения в микроокружении с фенотипом и экспрессией генов конкретной клетки.

Приборы типа Polaris TM открывают огромные перспективы в области изучения клеточного микроокружения, какую бы конечную цель не ставил перед собой исследователь — проверить эффективность нового лекарства, изучить новый сигнальный каскад или посмотреть, как меняется фенотип клетки в тех или иных условиях [31, 32].

Источник