Что такое микро рак

Микро-РНК остановили рак

Учёным удалось остановить распространение рака груди по организму. Они выявили три цепочки РНК, которых недостаёт раковым клеткам. Восстановление экспрессии регулируемых ими белков позволило подавить рост опухоли и её метастазов.

Рак молочной железы остается самым распространенным опухолевым заболеванием у женщин. Несмотря на его наружную локализацию, когда, казалось бы, врачи обладают всеми возможностями для своевременной диагностики и лечения, он до сих пор остается главным направлением в поиске новых средств химио-, радио- и более современных методов терапии.

Главные причины – быстрое озлокачествление процесса и достаточно поздняя диагностика. Больные чаще поступают на поздних стадиях заболевания. Остающиеся от хирургически удаляемой опухоли отдельные раковые клетки способны давать метастазы – мигрировать в различные органы и ткани (чаще всего кости и легкие), давая начало новым колониям – очагам опухолевого роста. Химиотерапевтические препараты не обладают специфическим действием на метастазы, подавляя рост всех опухолевых, да и не опухолевых, клеток.

Факторы риска при заболевании раком молочной железы

1. Наличие дисгормональной гиперплазии молочных желез.

2. Первичное бесплодие.

3, Первые роды в более зрелом возрасте (26 лет и старше).

4. Позднее начало менструаций (17 лет и старше).

5. Позднее наступление менопаузы.

6. Нерегулярность и позднее начало половой жизни (30 лет и старше), применение средств предохранения (химические, механические).

7. Пониженное либидо, фригидность.

8. Продолжительный период кормления детей грудью (лактация более 1-2 лет).

9. Рождение крупных детей (масса тела 4000 и более).

10. Повышенная масса тела женщин (70 кг и более).

11. Эстрогенная насыщенность организма пожилых женщин при длительности менопаузы 10 лет и более (III и IV реакция вагинального мазка).

12. Увеличение щитовидной железы.

13. Высокая заболеваемость раком молочной железы и женских половых органов среди родственников.

14. Высокая заболеваемость злокачественными опухолями среди родственников по материнской линии.

15. Перенесенный послеродовый мастит, особенно леченный консервативно.

16. Травмы молочной железы.

Онкологи и генетики из Мемориального ракового центра Слоан Кеттеринг в Нью-Йорке и Медицинского института имени Говарда Хьюза предложили новый метод лечения, основанный на функциональном и биохимическом отличии метастазирующих и неметастазирующих клеток.

Если воспользоваться этим методом не для выяснения роли определенных генов у червей, а для ингибирования действия определенных человеческих генов, то можно добиться замедления метастазирования и роста опухоли.

РНК-интерференция (RNAi, RNA interference) – специфическое ингибирование одноцепочечных молекул РНК в процессе, запускаемом двухцепочечной молекулой РНК (dsRNA). dsRNA расщепляется внутренними ферментами клетки на короткие фрагменты – siRNA. Образовавшиеся фрагменты сначала связваются с RISC- комплексом, а затем и со специфической одноцепочечной матричной РНК (mRNA). В результате образующийся комплекс RISC-mRNA приводит к разрушению последней, а следовательно – к блокированию снтеза определенного белка, кодируемого именно этой матричной РНК.

Явление РНК-интерференции впервые было обнаружено у круглого червя C. elegans как ответ на введение двуцепочечнойРНК, состоящий в специфической репрессии гомологичного этой ДНК последовательности гена. Позже РНК-интерференция была обнаружена почти во всех эукариотических организмах (за исключением почкующихся дрожжей S. cerevisea). Считается, что РНК-интерференция является защитным механизмом, предохраняющим клетку от РНК-вирусов и мобильных генетических элементов (транспозонов).

Ученые исследовали экспрессию белков и РНК в опухолевых клетках практически на всех стадиях метастазирования в наиболее характерных очагах – легких и костной ткани.

Им пришлось перебрать 453 молекулы, из которых 179 последовательностей отличали метастазирующие клетки от остальных. После изучения динамики экспрессии этих 179 молекул специалисты остановились на трех: miR-126, miR-206 и miR-335. Эти три человеческие РНК меньше всего экспрессировались в агрессивных метастазах.

Известны случаи метастазирования доброкачественных опухолей. Способность к метастазированию, то есть к распространению по организму с лимфой или кровью, присуща и нормальным клеткам различного происхождения (входящим в состав ворсинок плаценты, жировым, кроветворным клеткам костного мозга и тому подобным).

Отличительной особенностью метастазирования опухолевых клеток является неконтролируемый организмом рост метастаза, что роднит его с первичным очагом опухолевого роста. Метастатические опухолевые узлы сохраняют и др. свойства, присущие первичной опухоли, из клеток которой они возникли, — особенности её микроскопического строения, способность к образованию тех же продуктов и другие, но они нередко имеют более примитивное строение и состоят из функционально менее зрелых клеток, чем исходная опухоль.

При распространении опухолевых клеток преимущественно по лимфатическим путям метастазы чаще всего возникают в лимфатических узлах, ближайших к месту расположения первичной опухоли.

Лучше изучены механизмы гематогенного метастазирования (в лёгкие, печень, кости и др. внутренние органы). Различают следующие основные стадии развития гематогенных метастазов: 1) отрыв клеток от первичного опухолевого узла и проникновение их сквозь стенку кровеносного сосуда в кровь; 2) циркуляция опухолевых клеток в крови; 3) прилипание опухолевых клеток к стенке сосуда и начало внутрисосудистого роста; 4) прорыв сосудистой стенки опухолевыми массами и дальнейший рост в ткани пораженного органа. Наличие метастазов свидетельствует о переходе опухолев

Механизм действия miR-126 и miR-206 ученым еще предстоит изучить, хотя многие лекарственные препараты внедрялись задолго до детального изучения всех механизмов их действия.

Восстановив экспрессию этих РНК в клетке, ученые добились подавления метастазирования и опухолевого роста.

Следующим этапом должно стать введение искусственно синтезированных цепочек в зону опухолевого роста. Основанная на этом методе терапия должна наиболее прицельно воздействовать на процессы миграции переродившихся клеток. О перспективах клинических испытаний онкологи пока не сообщают.

Более детально с результатами их исследований можно ознакомиться в журнале Nature.

Матричные РНК передают информацию из генов в белки, в то время как микроРНК играют ключевую роль в регуляции работы генов. Ученые из МФТИ и Медико-генетического научного центра описали сложность взаимодействия микроРНК с матричной и другими РНК человека.

Работа опубликована в журнале Frontiers in Genetics.

Что такое микроРНК и белки-аргонавты?

Представление о взаимодействиях между мРНК и микроРНК сегодня далеко от полного. Для человека сейчас известно около 20 тысяч мРНК и 2,5 тысячи микроРНК. Однако четкого понимания, кто из них с кем соединяется — нет. В своей предыдущей работе исследователи показали, что компьютерные программы, предназначенные для предсказания взаимодействий микроРНК и мРНК, работают не лучшим образом.

В новой работе ученые решили совместить экспериментальные данные о количестве образующихся в клетке мРНК и микроРНК с данными о взаимодействии между ними для двух типов клеток человека. На примере этих данных они рассмотрели, как связано количество конкретной микроРНК в клетке с тем, как много парных ей мРНК производится в этой же клетке. Можно предположить, что чем больше микроРНК образуется, тем больше соединений она должна образовывать.

Оказалось, что это не так. Помимо этого, исследователи разбирались, сколько пар образуется и каким образом, то есть с одинаковыми или разными микроРНК. Говоря по-научному, генетики исследовали, как связаны уровень экспрессии и активность связывания для микроРНК и мРНК. Также они выяснили, как поведение таких пар зависит от типа клеток.

Ольга Плотникова, один из авторов работы, аспирантка МФТИ, рассказывает: «Наше исследование посвящено изучению взаимодействий микроРНК и генов. Известно, что микроРНК — это важные некодирующие малые РНК, которые регулируют экспрессию генов. Ранее мы опубликовали статью, где показали, что программы, которыми пользуются для предсказания взаимодействий микроРНК и генов, работают не очень хорошо. Поэтому нам хотелось получить полную картину взаимодействий микроРНК: кто, с кем и как. Для этого мы проанализировали две единственные на данный момент научные работы с экспериментальными данными по полному интерактому между микроРНК и генами в двух разных клеточных линиях человека.

Методы

Недавно были разработаны две близкие методики (методы CLASH и CLEAR-CLIP), которые являются усовершенствованными CLIP-технологиями. Эти методы очень сложны и на сегодняшний день применены только на двух раковых клеточных линиях человека: почек и печени. В данной работе также использовались данные о количестве образующихся мРНК и микроРНК в каждой из упомянутых клеточных линий (данные об экспрессии). Для выявления областей мРНК, где взаимодействие с микроРНК точно происходит, дополнительно ученые использовали экспериментальные данные 79 CLIP-экспериментов, которые не содержат информации о том, какая микроРНК взаимодействует, но позволяют подтвердить, что в данном месте есть взаимодействие с микроРНК.

Результаты исследования

Другая часть научной работы была посвящена созданию коллекции надежных микроРНК-связывающих областей, то есть мест, где мРНК с микроРНК точно провзаимодействуют. Созданная на ее основе онлайн-программа (доступна по ссылке) анализирует, находится ли интересующая позиция в геноме определенного человека в месте связывания с микроРНК. Так программа позволяет выявить нарушение связывания с микроРНК и нарушение регуляции генов, а значит, и возможную причину наследственных заболеваний. В перспективе она может быть использована, например, при анализе генома больных.

Обе бабушки будущего инженера-химика Стефани Каллер умерли от рака кишечника практически одновременно. Всю жизнь они питались здоровой пищей, именно той, которую рекомендуют онкологи в качестве профилактики рака. Однако богатая овощами и ферментированными продуктами диета не спасла их от смертельного заболевания. Этот факт так поразил Каллер, что в итоге стал предметом ее исследовательских работ в области микробиома.

Микробиом и раковая опухоль

Один из самых актуальных вопросов в современных исследованиях рака - определяет ли качество и разнообразие бактерий кишечника человека, будут ли люди успешно реагировать на лечение рака?

Исследование образцов кала пациентов с раком молочной железы и легких, обнаружило отсутствие в их микробиоме важных бактерий. Отсутствие определенных кишечных микробов, в основном бактерий Firmicutes может снижать эффективность лекарств, блокирующих питающие раковые клетки белки и способствующие ответной реакции иммунной системы на злокачественные клетки.

Вместе со своим коллегой-инженером-химиком Стивом Ван Дином Каллер основала Persephone Biome для изучения взаимосвязи между кишечными бактериями и раком. Компания названная в честь Персефоны, греческой богини растительности планирует тестировать определенные кишечные микробы и определить, улучшают ли они функцию ингибиторов рака. Часть изысканий посвящена клеточной терапии CAR-T, в которой используются собственные иммунные клетки пациентов, генетически спроектированные для лечения раковых опухолей.

Цель работы учёных:

• создание терапевтических средств из смеси определённых кишечных бактерий для превращения лиц, не отвечающих на химиотерапию, в респондеров;
• восстанавление микробиома после лечения антибиотиками;
• коррекция микробиома, нарушенного неправильным питанием.

Полезные кишечные микробы могут отсутствовать и у здоровых людей, но больные раком и люди с ослабленной иммунной системой страдают от их отсутствия больше.

Таблетки с бактериями

Считается, что 70% иммунных клеток находятся в кишечнике, который часто называют «вторым мозгом". Исследователи изучили идею об обмене кишечных бактерий человека и даже использовали трансплантации фекальной микробиоты для успешного лечения людей, страдающих воспалительными заболеваниями кишечника. За последнее десятилетие было проведено множество исследований, изучающих роль микробиома во всем: от депрессии и аутизма до сердечной недостаточности и болезни Паркинсона.

Следующий шаг - клинические испытания на людях, рассматривающие возможность предоставления пациентам недостающих бактерий кишечника в виде спор от доноров с благоприятными микробиомами. Другая часть испытания будет тестировать таблетки, полученные из кишечных бактерий выживших после рака, опухоли которых исчезли после приема ингибиторов раковых клеток. Исследователи планируют отслеживать образ жизни пациентов, включая потребление продуктов и клетчатки, чтобы найти связь между показателями ответа на лекарства от рака, разнообразием кишечника и диетой. Авторы проекта надеются, что инструменты генетического секвенирования позволят изучить штаммы бактерий, а также диагностировать опухоли и выбрать правильные методы лечения.

Тем временем, множество исследователей, пытаются привлечь внимание к самому большому препятствию в их работе: отсутствию образцов кала. Ученым нужны образцы фекалий от больных раком, выживших после рака, людей с раковым заболеванием в семье и всех остальных. Их трудно получить, т.к. люди думают, что это грубо и неприлично. Для того, чтобы сломать этот стереотип, участникам проекта вру. [читать полную версию]

— При подозрении на онкологические заболевания у нас в стране по сей день применяют такие диагностические методы, что обнаруживают сразу 3-ю или уже 4-ю стадию. Физикальное обследование, УЗИ, МРТ, биохимические маркёры позволяют диагностировать рак более точно, но беда в том, что эти методы начинают применяться, когда больной ощутил себя таковым, стал жаловаться на боли и дискомфорт. Решение проблемы может быть в обнаружении заболевания на ранних стадиях и, соответственно, получения надёжных маркёров для этого. Тогда можно будет проводить скрининг населения по всему спектру онкозаболеваний, тогда как сейчас массово ведут обследования по опухолям молочной железы у женщин и простаты у мужчин, причём последние этого стараются избегнуть.

Двадцать лет спустя

Именно эти механизмы могут объяснить различия (в регуляторных потенциалах геномов) между человеком и шимпанзе, ДНК которых совпадают на 98%. Это как мелодии, извлекаемые из одних и тех же инструментов разными музыкантами. МикроРНК лежат в основе различий реакций головного мозга мужчин и женщин, особенностей организмов человеческих рас и народностей, и, что важно для нас, дерегуляция работы микроРНК формирует картины почти всех патологий: сердечно-сосудистых, онкологических, диабетов, ожирения…

Парадигма, но не панацея

В области геномики, а также в изучении межклеточных (и в целом, биологических) взаимодействий в организме за счет понимания функций микроРНК произошла смена парадигмы. Я читал последний релиз за июнь 2013 года: за счет высокопроизводительных методов секвенирования в геноме человека выделено уже 1.800 микроРНК, и это не предел. Но вспомним, что одна микроРНК может регулировать до ста генов: количество комбинаций нарастает и они складываются в тонкую иерархическую систему, поскольку мы знаем и обратную связь, то есть программирование генами микроРНК. Эти знания уже сегодня позволяют решать такую проблему, как репрограммирование стволовых клеток: в 2011 году комплекс из всего 5 микроРНК дал выход в 30% трансформированных клеток. Что же касается онкозаболеваний, то нахождение ключевой молекулы, ответственной за злокачественный рост клеток, даёт принципиальную возможность подавить процесс и повернуть его вспять. Исследования и эксперименты группы авторов из Йельского университета (США) в 2012 году показали, что при введении мышам с помощью наночастиц всего одной, но успешно подобранной микроРНК, удаётся за 2 дня снять развитие лимфомы.

В нашем институте мы поставили перед собой две цели. Первая — разобраться с ролью микроРНК в механизме канцерогенеза, это очень сложно и получается только в широком сообществе. Вторая задача у нас более практического плана: создать метод диагностики, позволяющий на ранних этапах отличать доброкачественные образования от злокачественных, чтобы не подвергать пациента лишним процедурам и облегчить его существование, хотя бы психологически. Когда человек не знает, что с ним происходит, это тягостно. При этом хотелось бы поделиться обоснованным скепсисом: да простят меня некоторые коллеги, но я не верю в громкие заявления о том, что, дескать, уже сегодня найдены методики надёжного раннего диагностирования онкологических заболеваний. Даже отдельных, вроде рака молочной железы или аденомы простаты. Я так говорю потому, что сам испытывал подобные иллюзии, а потом рассмотрел подводные камни на этом пути. К диагностикам ранних стадий мы идём медленно и поэтапно, через исследование плазмы крови и выделение из неё тех самых визикул (или экзосом), в которых содержатся интересующие нас микроРНК. Но дальше возникает проблема определения нормы, диапазона статистических колебаний и явно критического уровня содержания этих микроРНК. Впереди много работы по сбору, обработке информации, ее систематизации и оценке.

Заграница нам не поможет

Проблема рака — это проблема первой клетки, вставшей на путь бесконтрольного деления. Вопрос в том, как её найти. Сегодня уже есть приборы, позволяющие определять абсолютное количество микроРНК в минимальном физическом размере, например, в микролитровом объеме крови. Стоит такой прибор 5,5 миллионов рублей. Но вопрос не только в его приобретении, но и в подготовке специалистов. Кадры! Я согласен с академиком И. Ф. Жимулёвым, который настаивает на открытии в НГУ кафедры молекулярной генетики на факультете естественных наук или на медицинском. В нашей стране мы видели центры, буквально напичканные современнейшими приборами стоимостью в сотни миллионов… на которых некому работать. Речь идёт не только о подготовке исследователей-практиков, но и о том, чтобы обычные врачи знали, что такое ген и что такое микроРНК. Новые технологии, которые работают уже сегодня, требуют кадров новой генерации. Иначе Россия рискует остаться на периферии этого прорыва.

Подготовил: Андрей Соболевский

Фото: 1— автора, рисунки 2-5 — из презентации Н.Н.Колесникова

16 октября 2015

• 3940
• 3,2
• 2
• 4

• 
  Анна Петренко

• Биотехнологии
• Онкология
• Стволовые клетки

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.

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.

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].

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

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.

Метастазирование и метастатические ниши

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].

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].

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].

В 2015 году Fluidigm Corp. анонсировала новую комбинированную систему Polaris TM , которая позволяла не только профилировать популяцию в целом, но и изучать влияние микроокружения на конкретные единичные клетки. На одном чипе теперь можно было выбрать клетки с интересующим иммунофенотипом, изолировать их в индивидуальных камерах и задать определенные параметры клеточной ниши.

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].

Nejman et al. / Science, 2020

Микробиологи сравнили набор внутриопухолевых бактерий в тысяче образцов ткани, относившихся к семи разным видам опухоли. В каждом из них оказался свой микробиом, причем чаще всего бактерии встречались внутри самих опухолевых клеток. Состав бактерий оказался разным не только в зависимости от органа, в котором выросла опухоль, но также от свойств самого новообразования — например, того, зависит ли оно от гормонов и реагирует ли на иммунотерапию. Возможно, однажды этими знаниями можно будет воспользоваться, чтобы воздействовать на опухоль через ее бактерий — подобно тому, как сейчас врачи пытаются лечить пациентов через посредство их кишечных микробов. Работа опубликована в журнале Science.

Вопреки ранним представлениям, в теле человека практически не существует стерильных частей. Через кожу, кровь, стенку кишечника и другие слизистые бактерии добираются до самых разных частей организма. И не всегда они там к месту: микроорганизмам нередко приписывают роль в развитии опухолей. Причем действовать они могут как опосредованно (например, когда кишечные микробы влияют на канцерогенез в других частях тела), так и напрямую (например, микробиом опухоли молочной железы).

Чтобы разобраться в том, как бактерии связаны с канцерогенезом и чем они могут помочь врачам в борьбе с опухолью, группа исследователей под руководством Равида Страуссмана (Ravid Straussman) из Вейсмановского научного института в Израиле решила составить коллективный портрет внутриопухолевых бактерий из разных человеческих органов. Ученые собрали 1010 образцов ткани из опухолей молочной железы, легкого, яичника, кости и поджелудочной железы, а также меланомы и глиобластомы (новообразование из вспомогательных клеток нервной ткани в мозге).

Исследователи сразу заметили, что внутриопухолевых бактерий может быть довольно немного, поэтому они разработали сложную систему контролей, чтобы не оказалось, что их измерения — результат загрязнения образца. Помимо экспериментальных образцов, они взяли 516 проб здоровой ткани, в том числе прилежащей к опухоли, 643 отрицательных контроля — стерильный раствор, который прошел через все лабораторные процедуры, а еще 168 контролей из клиник — кусочков парафина, с которыми в клиниках обращались так же, как если бы это была настоящая ткань. Наконец, следы бактерий в образцах тоже определяли сразу несколькими способами: подсчитывали концентрацию бактериальной ДНК, РНК, а также липополисахарида и липотейхоевой кислоты — компонентов клеточной стенки, которых не бывает в организме животных.

На первом этапе работы оказалось, что бактерии встречаются в опухолях неравномерно — например, всего в 14,3 процентах меланом, но более чем в 60 процентах опухолей молочной и поджелудочной желез и даже кости, которая никак не контактирует со слизистыми оболочками. При ближайшем рассмотрении оказалось, что бактерии чаще всего встречаются внутри клеток, как раковых, так и иммунных. Липополисахарид чаще находили в цитоплазме опухолевых клеток, а липотейхоевую кислоту — в макрофагах. Во втором факте, впрочем, нет ничего удивительного — макрофаги работают мусорщиками в любой воспаленной ткани, поэтому то и дело поглощают бактерий, а те иногда оказываются стойкими и остаются жить у них внутри.

Затем авторы работы отсеквенировали рибосомальную РНК бактерий, чтобы оценить разнообразие видов. На первом этапе во всех образцах они обнаружили суммарно 9190 бактерий, но после применения фильтров, которые отсеяли следы заражения в лаборатории и клинике, а также исключения широко распространенных видов осталось всего 528 видов бактерий, которые встречались только в определенной опухоли или прилежащей к ней ткани. Среди них наиболее разнообразным оказался микробиом рака груди, там суммарно обнаружили полторы сотни разных родов бактерий, а в каждом образце — в среднем 16,4 вида. На втором месте — опухоль легкого (если считать по общему количеству родов) и кости (если мерять по среднему числу разных видов в образце), на последнем месте — меланома. При этом в случае рекордсмена — опухоли груди — патологические образцы оказались носителями более разнообразного микробиома, чем фрагменты здоровой ткани.

Количество бактериальных фрагментов в 40 нанограммах ДНК из опухоли. Цифры наверху обозначают количество образцов опухоли, в которых эта ДНК обнаружена.