Очевидно, в цифрах есть безопасность, даже для раковых клеток. Новое исследование на мышах показывает, что раковые клетки редко образуют метастатические опухоли сами по себе, предпочитая путешествовать группами, поскольку сотрудничество, по-видимому, увеличивает их коллективные шансы на выживание, согласно исследователям из Johns Hopkins.
В отчете об исследовании, опубликованном в сети за февраль. 1 в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи говорят, что они также нашли доказательства того, что перемещающиеся клетки отличаются от клеток, размножающихся в первичной опухоли, и что это различие может сделать их естественно устойчивыми к химиотерапии.
"Мы обнаружили, что раковые клетки делают две вещи, чтобы увеличить свои шансы на образование новых метастазов," говорит Эндрю Эвальд, доктор философии.D., доцент кафедры клеточной биологии медицинского факультета Университета Джона Хопкинса. "Они включают молекулярную программу, которая помогает им путешествовать через разнообразные среды внутри тела, и они путешествуют группами."
Согласно Эвальду, общепринятое мнение гласит, что раковые клетки покидают опухоли одна за другой, чтобы колонизировать другие области тела, но за последние 10 лет накопились клинические и генетические данные, свидетельствующие об обратном. Он и его команда намеревались решить этот вопрос, используя мышей с формой рака молочной железы, которая постоянно метастазирует в легкие, что делает его излюбленным инструментом исследования.
В своих первых экспериментах Эвальд и его команда удалили опухоли у мышей, клетки которых были генетически модифицированы и светились красным или зеленым светом под специальным светом. Затем они имплантировали эти красные и зеленые опухоли в молочные железы мышей, чьи клетки не светились, и искали метастазы в легких.
Если отдельные клетки колонизируют новые метастазы, скопления клеток будут светиться только одним или другим цветом. Вместо этого исследователи обнаружили множество разноцветных сгустков и, используя компьютерное моделирование этого узора, обнаружили, что большинство одноцветных сгустков также возникли из нескольких клеток, которые светились одним цветом. В целом, по их оценкам, менее 3 процентов метастазов пришли из одной клетки.
Чтобы увидеть скопления клеток до того, как они достигнут пункта назначения в легких, исследователи искали их в тканях за пределами первичных опухолей, в кровеносных сосудах, окружающих опухоли, и в циркулирующей крови. На каждом шагу находили разноцветные скопления ячеек.
Затем, чтобы выяснить, дает ли групповое путешествие клеткам преимущество, команда сравнила способность отдельных клеток и кластеров образовывать колонии. Они начали с двух тестовых групп с равным количеством клеток в чашках, заполненных желатиноподобным коммерческим продуктом, который имитирует ткани, окружающие опухоли молочной железы. Они обнаружили, что кластеры более чем в 15 раз лучше формируют колонии, чем отдельные опухолевые клетки, и, когда они повторили тест на мышах, кластеры были более чем в 100 раз лучше при образовании больших метастазов.
"Вы можете думать о метастазах как о Удивительной гонке," говорит Эвальд. "Клетки сталкиваются с множеством различных проблем, пытаясь расти и распространяться, и некоторые клетки лучше справляются с разными событиями, чем другие, поэтому путешествие в группе имеет смысл."
Эвальд говорит, что его команда также изучила, проявляют ли перемещающиеся клетки какие-либо определенные молекулярные признаки, которые можно использовать для прогнозирования и, в конечном итоге, предотвращения распространения опухоли. Предыдущая работа в его лаборатории показала, что клетки обычно "вел" из опухолей клетками, украшенными белком K14, поэтому они начали там.
Действительно, говорит он, команда обнаружила, что уровни K14 довольно низкие в первичных опухолях и крупных метастазах, но высокие в небольших перемещающихся кластерах клеток. Эксперименты на чашках Петри показали, что клетки переключались между двумя молекулярными программами – одной для пролиферации, а другой – для метастазирования, и что уровень K14 показал, какая программа была "на" в любой данной ячейке.
"Поскольку большинство химиотерапевтических препаратов нацелены на пролиферирующие клетки, метастазирующие клетки не уничтожаются ими, что делает пациентов уязвимыми для новых опухолей," объясняет Эвальд. "Наши открытия добавляют знания, которые могут помочь преодолеть эту уязвимость."
Команда, добавляет он, смогла использовать K14 для разделения двух типов клеток и сравнения их генной активности. "Мы обнаружили, что активность десятков генов различается в пролиферирующих и метастазирующих клетках," говорит Эвальд. "Поскольку многие из этих генов кодируют белки клеточной поверхности, мы надеемся, что эти результаты в конечном итоге могут быть использованы для разработки новых лекарств, нацеленных на метастазирующие клетки."