Экзосомы раковых клеток лечение

Ученые исследуют микроскопические мембранные пузырьки, называемые внеклеточными везикулами. Стало известно, что они передают сигналы между клетками и играют важную роль во многих областях биологии, а еще их можно использовать в лечении.

Маленькие пузырьки, известные как внеклеточные везикулы или экзосомы, передают сигналы клеткам. Под влиянием этих сигналов клетка может менять свои биологические свойства, например, сигналинг потенциально может влиять на процесс обучения, длительность родов, а также определять, где, как и когда проявят себя онкологические заболевания.

Впервые ученые обнаружили экзосомы в 1940-х годах, затем, после более детального исследования в 1980-х годах, возникла теория, что они являются резервуаром клеточных отходов. Пару десятилетий спустя группа исследователей из разных научных областей обнаружила, что опухолевые клетки посылают экзосомы в отдаленные ткани, закладывая основу для метастазирования. Сегодня уже известно, что сигналы, которые доставляют экзосомы, важны для здорового организма, но также играют роль в развитии болезней. Клетки животных и растений, простейших, грибов и даже бактерий выделяют экзосомы, отправляя свои сигналы другим органам или другим существам, с которыми они взаимодействуют.

Рисунок 1. Экзосомы в движении | У экзосом есть мембраны, усеянные различными наборами белков, жиров и других частиц (в центре). Их размер варьируется от 30 до 100 нанометров, и они разносятся по организму при помощи различных биологических жидкостей.

Экзосомы — гетерогенная группа, ученые до сих пор находят различные их типы и решают вопрос об их классификации. Разные типы формируются из разных частей клетки. Они различаются по размеру (от 20 до 1000 нанометров или примерно до одной тысячной миллиметра). Более маленькие экзосомы синтезируются внутри специализированных клеточных компартментов и затем экспортируются. Другие, которые отрываются от собственной мембраны клетки, называются микровезикулами или эктосомами и имеют больший размер. Содержимое также варьируется, но обязательно присутствуют небольшие молекулы РНК — фрагменты генетического материала, которые могут включать или выключать гены в клетках, в которые они попадают.

Рисунок 2. Формирование, отправка и прибытие экзосом к месту назначения | Экзосомы формируются в специальном клеточном депо, называемом мультивезикулярным телом, далее они отправляются к клеткам-реципиентам, которые могут захватывать содержимое или весь пузырек целиком и использовать белки или генетический материал, содержащийся внутри.

Экзосомы и рак: инструмент для отслеживания

Работая с мышами, больными меланомой, Лиден и его коллеги пометили клетки крови и опухолевые клетки, чтобы они светились зеленым и красным соответственно. Наблюдая за мышами, они заметили, что зеленые кровяные клетки попали в легкие до того, как туда прибыли красные опухолевые клетки, о чем сообщалось в Nature в 2005 году. Более того, команда увидела крошечные красные пятнышки, присоединяющиеся к клеткам крови на раннем этапе — это было описано в 2012 году в Nature Medicine, — что указывает на то, что злокачественные клетки при помощи экзосом подавали сигнал о подготовке к распространению. В свою очередь экзосомы влияли на кровоток, изменяли иммунные реакции и структуру внеклеточной среды, создавая благоприятные условия для раковых клеток.

Рисунок 3 | Клетки из соединительной ткани мыши захватывают человеческие внеклеточные везикулы (ВВ) (зеленые) и концентрируют их вокруг ядра (синие); также видна часть клеточного скелета (красная). Многие клетки организма вырабатывают ВВ, в том числе опухолевые, поэтому отслеживание ВВ может помочь в развитии таргетной терапии рака.

Команда также проанализировала экзосомы, извлеченные из крови людей с прогрессирующей меланомой. Они обнаружили, что экзосомы из опухолей обладали совершенно иным, отличным от здоровых тканей, набором белков, липидов и генетического материала.

Используя эти знания, врачи могут диагностировать и отслеживать течение онкологических заболеваний, а также прогнозировать метастазирование. Один из сотрудников Лидена, Йохан Ског, основал компанию Exosome Diagnostics, которая разработала специальные анализы мочи и крови для онкобольных. Например, если у пациента удалена опухоль, но в его крови по-прежнему есть экзосомы с содержимым, характерным для рака, это может указывать на то, что рак все еще не побежден и готовится к возвращению. В таком случае пациент должен получать более эффективное лечение.

Экзосомы и паразиты: подготовка убежища?

Трипаносомы — это простейшие, которые вызывают африканскую сонную болезнь. Переносятся с укусом мухи цеце, вызывают лихорадку, сыпь и анемию, а затем, по мере прогрессирования, судорожные припадки, изменение личности и сонливость в дневное время.

Рисунок 4 | Снимок, полученный с помощью микроскопа с высоким разрешением, изображающий три трипаносомы. Паразиты могут использовать экзосомы, чтобы подготовиться к колонизации привычных им областей организма.

Хайдук пока не выяснил роль экзосом, синтезируемых трипаносомами, у инфицированных людей, но он полагает, что они действуют подобно опухолевым экзосомам, подготавливая отдаленные области организма для будущей колонизации паразитом. Чтобы подтвердить эту теорию, он экспериментирует над мышами, чтобы увидеть, достигают ли эктосомы мест, где обычно оседают трипаносомы: репродуктивные органы, жировая ткань и мозг. Он также сотрудничает с американскими центрами по контролю и профилактике заболеваний, чтобы использовать экзосомы трипаносом в качестве потенциального средства для диагностики сонной болезни.

Изучение экзосом также может объяснить, почему трипаносомы вызывают анемию. Исследователи обнаружили, что эктосомы сливаются с эритроцитами, делая их мембраны менее гибкими. Иммунные клетки, разыскивая разрушенные старые клетки крови, распознают эту жесткость мембран как признак старения и уничтожают эритроциты.

Экзосомы и мозг: делимся воспоминаниями

Мозг имеет свои собственные экзосомы. В Университете Юты в Солт-Лейк-Сити нейробиолог Джейсон Шепард изучает ген Arc, который кодирует ключевой белок долговременной памяти. Его команда сообщила в Cell в 2018 году, что этот белок собирается в контейнеры, похожие на оболочки вирусов. После сборки эти структуры отшнуровываются от нервных клеток, формируя мембранную оболочку по пути.

Экзосомы в стакане молока: полезные свойства

Среднестатистический американец выпивает 17 галлонов молока каждый год. Молоко содержит экзосомы коров, которые могут повлиять на организм человека. Янош Земплени — директор Небрасского центра по профилактике ожирения в университете штата Небраска-Линкольн — и его коллеги описали экзосомный компонент молока в 2019 году в Annual Review of Animal Bioscience . В одном исследовании Земплени проверил кровь людей после того, как они выпили молоко, и обнаружил там РНК коровы. В 2014 году ученые сообщили, что некоторые из этих РНК влияют на человеческий ген, участвующий в процессе деления костных клеток. Поэтому, возможно, они могут повлиять на рост скелета.

Земплени стал изменять геном мышей так, чтобы они не синтезировали молочные экзосомы. Потомство таких мышей весило на 25–30 % меньше, чем потомство, получающие молоко с экзосомами.

Рисунок 5 | Клетки из соединительной ткани мыши захватывают человеческие внеклеточные везикулы (ВВ) (зеленые) и концентрируют их вокруг ядра (синие); также видна часть клеточного скелета (красная). Многие клетки организма вырабатывают ВВ, в том числе опухолевые, поэтому отслеживание ВВ может помочь в развитии таргетной терапии рака.

А как насчет детского питания? Земплени с коллегами проверили состав смесей, содержащих белки соевого или коровьего молока, и ни одна из них не содержала большого количества экзосом, говорит он. Тем не менее он подозревает, что дети в развитых странах получают такое разнообразное и насыщенное питание, что дефицит экзосом не имеет большого значения для долгосрочного развития мозга. Но все же нехватка экзосом может быть проблемой для детей в развивающихся странах.

Экзосомы и беременность: влияние на роды

Экзосомы также играют ключевую роль в процессе родов.

На медицинском факультете Техасского университета в Галвестоне биолог-репродуктолог Рамкумар Менон пытается понять, каким образом плод сигнализирует материнскому организму, что ему пора родиться.

Мембраны, окружающие плод, начинают стареть по мере приближения срока родов. Они выделяют экзосомы, заполненные клеточными отходами, которые влияют на организм матери.

Менон надеется, что используя эти знания, можно изобрести экзосомные тесты для определения женщин с риском преждевременных родов, а также разработать методы предотвращения преждевременных родов.

Экзосомы и сердце: доставка товаров

Кардиолог и исследователь Эдуардо Марбан также думает о новых способах лечения: он хочет лечить людей, перенесших сердечный приступ. Он надеялся, что стволовые клетки, которые развиваются в самых разных тканях, смогут восстановить сердечную мышцу. И действительно, стволовые клетки сердца помогли ремоделировать сердечную мышцу после того, как ученые из лаборатории Марбана в Медицинском центре Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе спровоцировали сердечные приступы у мышей.

Но после более детального исследования 2011 года, опубликованного в журнале Circulation, стало ясно, что большая часть стволовых клеток погибла в течение нескольких недель, хотя полезный эффект сохранялся несколько месяцев. В конце концов команда выяснила и отметила в Stem Cell Reports в 2014 году, что стволовые клетки выделяют экзосомы, содержащие РНК, которые помогают сердечной мышце и кровеносным сосудам расти. Основываясь на этих и других результатах, Марбан основал компанию Capricor Therapeutics для разработки экзосом в качестве средств доставки лекарств. Он и его коллега Ахмед Ибрагим в Annual Review of Physiology в 2016 году кратко отчитались об исследовании связи экзосом с заболеваниями сердечно-сосудистой системы.

Рисунок 6. Как можно использовать экзосомы в лечении | Ученые хотят использовать экзосомы, полученные из стволовых клеток, для доставки лекарственных веществ. Большие количества везикул могут быть использованы для лечения любого пациента (вверху), также экзосомы можно брать у конкретного пациента, включать нужное содержимое и затем доставлять обратно этому пациенту (внизу).

В другом недавнем исследовании в Stem Cell Reports группа Марбана использовала экзосомы для лечения сердечной недостаточности у мышей, у которых с помощью генной инженерии была сымитирована мышечная дистрофия Дюшенна. Экзосомы помогли улучшить не только работу сердца, но и работу скелетных мышц.

Марбан говорит, что экзосомы, заполненные лекарственными веществами, будут гораздо более эффективной терапией, чем стволовые клетки. Они могут доставлять РНК, гены, белки — все то, чем их наполняют ученые. В отличие от большинства стволовых клеток, экзосомы могут быть лиофилизированы для удобного хранения. Также они способны проникать в мозг, что дает надежду на излечение таких неврологических заболеваний, как болезнь Альцгеймера.

Экзосомы у растений: убийство захватчиков

У растений тоже есть экзосомы — они используются для защиты от грибков и бактерий.

Роджер Иннес, биолог из Университета Индианы в Блумингтоне, собрал экзосомы с листьев арабидопсиса. Как сообщили Иннес и его ученик Брайан Раттер в журнале Plant Physiology в 2017 году, в экзосомах было обнаружено много белков, которые растения производят для защиты от инфекций и других стрессовых ситуаций.

Эти экзосомы прилипают к грибам, и клетки грибов поглощают их, что опасно для грибов, потому что экзосомы могут иметь в составе противогрибковый яд. У Иннеса есть доказательства того, что некоторые экзосомы содержат химические вещества, называемые глюкозинолатами, которые сами по себе безвредны. Другие экзосомы содержат ферменты, которые действуют как молекулярные ножницы, разрезая эти глюкозинолаты пополам. Так возникает молекула-убийца, которая препятствует выработке энергии в клетках грибов, и они умирают. Глюкозинолаты также ответственны за характерный запах растений, таких как горчица и брокколи.

По словам Иннеса, ученые могут использовать растительные экзосомы для переноса небольших РНК, которые улучшат устойчивость сельскохозяйственных культур к вредителям и болезням. Также их можно использовать в медицине, поскольку животные могут получать экзосомы из растений, которые они едят. Он думает, что было бы проще и дешевле выращивать целые поля, полные лекарственных культур, чем синтезировать экзосомы в лаборатории.

Адрес неизвестен

Другая загадка: как сделать так, чтобы нужные вещества доставлялись нужным клеткам? Исследователи знают, что некоторые экзосомы усеяны белками, которые соединяются с белками на мембранах клеток-мишеней. Для создания лекарственных препаратов на основе экзосом Марбан и другие работают над тем, чтобы назначить везикулам так называемые адреса. Ученые модифицируют их мембраны, чтобы они находили правильное место в организме.

Хотя исследования экзосом только начинаются, перспективы уже будоражат наше воображение. Представьте кровь, заполненную конвертами разных размеров, движущихся в потоке, которые затем находят своих адресатов среди хаоса. Это похоже на самое суматошное почтовое отделение за день до Рождества — весь день и всю ночь, по всему организму.

В исследования везикулярных структур включились ведущие биологические и биомедицинские лаборатории. В 2011 г. в Гетеборге (Швеция) было основано Международное общество по внеклеточным везикулам, а уже на следующий год состоялась первая конференция, посвященная исключительно этой области исследований. Тогда же был основан и журнал Journal of Extracellular Vesicles. С тех пор Общество проводит ежегодные симпозиумы, школы и конференции.

Какими они бывают

Внеклеточные везикулы представляют собой сферические структуры размером от 40 до нескольких сотен и даже тысяч нанометров. Их подразделяют на разные типы в зависимости от размеров, состава и способа образования.

Экзосомы обычно выделяют из биоматериала – ​культуральной среды (если речь идет о культурах клеток) или биологических жидкостей, таких как кровь, моча, слюна. Классический способ выделения путем последовательного центрифугирования – ​процесс длительный и трудоемкий. Для практического применения обычно используют гель-фильтрацию, которая позволяет разделять частицы на основании их размера. Этот способ обеспечивает получение достаточно чистых препаратов, однако также занимает много времени, что ограничивает его использование в широких масштабах. Для выделения фракций микровезикул, несущих определенные белки, используют аффинные методы выделения (с помощью антител к нужным белкам)

Везикулярные структуры могут секретировать самые разные клетки. В зависимости от вида клеток и условий культивирования они несут разные наборы РНК и белков, а также могут содержать ДНК. Например, было показано, что экзосомы клеток разных видов рака могут переносить двуцепочечную ДНК, в которой присутствуют те же мутации, что и в ДНК родительской раковой клетки (Thakur et al., 2014).

Стволовые клетки уже давно пытаются применять в медицине, и не без успеха. Так, имеются положительные результаты экспериментов по восстановлению повреждений печени, почек, легких, кожи и даже сердечной мышцы после инфаркта с помощью инъекций стволовых клеток. Есть предположение, что такое регенеративное действие оказывают не сами клетки, а секретируемые ими продукты, в том числе микровезикулы, которые переносят специфические наборы матричных и малых интерферирующих РНК (Rani, 2015).

Экзосомы вовлекаются и в развитие вирусных инфекций. Так, клетки, зараженные ВИЧ, могут с помощью экзосом распространять по организму вирусные белки и РНК, таким образом способствуя ослаблению иммунной системы и развитию инфекции (Madison, 2015; Teou, 2016).

Много экзосом выделяют и клетки злокачественных опухолей. Дело в том, что наибольшее число экзосом продуцируется при пониженной концентрации кислорода (гипоксии), а такое состояние характерно для опухоли. Экзосомы содействуют развитию и распространению рака в организме, увеличивая проницаемость сосудов и подготавливая почву для успешного метастазирования.

Одно из свойств глиобластомы, способствующих ее быстрому распространению, – ​образование инвадоподий. Эти выросты клеточной мембраны, богатые сократительным белком актином, могут разрушать внеклеточные тканевые структуры благодаря действию ферментов протеаз, расщепляющих белки. Оказалось, что рост и регуляция инвадоподий также могут быть опосредованы экзосомами (Hoshino, 2013).

Перспективы в диагностике и терапии

Можно простимулировать культивируемые клетки выделять много экзосом, например, создавая им стрессовые условия. Для этого можно уменьшить в среде концентрацию глюкозы, изменить кислотность, температуру или степень насыщения кислородом либо добавить определенные химические вещества.
В промышленном масштабе получать экзосомы пока не научились, но зато экзосомоподобные везикулы легко можно выделить из обычного молока. И такие структуры уже успешно опробованы в качестве переносчиков химиопрофилактических и химиотерапевтических препаратов. Также предпринимаются попытки разработать технологии создания искусственных экзосомоподобных везикул из клеточных мембран. Так, исследователи из Южной Кореи разработали технологию, позволяющую срезать с клеток фрагменты клеточной мембраны, которые потом сами собираются в везикулы диаметром 100—300 нм (Yoon, 2015)

Экзосомы перспективны и как универсальные инструменты для адресной доставки в клетки терапевтических препаратов. За счет присутствия в мембране особых липидов и белков они могут специфично связываться только с определенными клетками. Сами же экзосомы практически не иммуногенны, нетоксичны, устойчивы в биологических средах и хорошо защищают свое содержимое от разрушения. А небольшой размер этих везикул позволяет им легко проникать в различные органы и ткани, минуя, в том числе, и гематоэнцефалический барьер, защищающий мозг.

С помощью экзосом можно доставлять в клетки не только химиопрепараты, но и терапевтические нуклеиновые кислоты. Например, компания Codiak совместно с Онкологическим центром Андерсона при Техасском университете (США) разрабатывает на основе экзосом препарат для лечения рака поджелудочной железы. Известно, что одна из причин возникновения этого типа рака – ​мутация в протоонкогене Kras, которая приводит к синтезу мутантной формы соответствующего фермента и злокачественной трансформации клетки. Созданные исследователями экзосомы доставляют в раковые клетки малую молекулу РНК, специфичную к мутантному гену, что подавляет его работу по механизму РНК-интерференции. Это приводит к замедлению метастазирования и увеличивает выживаемость у лабораторных животных (Kamerkar, 2013).

Дальнейшие исследования в этой области могут привести к созданию эффективных лекарственных средств против разных видов рака.

Несмотря на уже накопленную информацию, мы многое про экзосомы еще не знаем. Например, известно, что одни и те же клетки могут секретировать экзосомы с совершенно разными наборами молекул, но вот как именно функциональное состояние клеток влияет на содержимое экзосом, остается загадкой. Однако перспективы применения подобных структур в медицине очевидны, а дальнейшие фундаментальные исследования должны принести уже в ближайшее время много открытий.

Edgar J. R. Q&A: What are exosomes, exactly? // BMC Biology. 2016. V. 14. N. 1. P. 46.

Rani S., Ryan A. E., Griffin, M. D. et al. Mesenchymal Stem Cell-derived Extracellular Vesicles: Toward Cell-free Therapeutic Applications // Molecular Therapy. 2015. V. 23. N. 5. P. 812—823.

Raposo G., Stoorvogel W. Extracellular vesicles: Exosomes, microvesicles, and friends // Journal of Cell Biology. 2013. V. 200. N. 4. P. 373—383.

Valadi H., Ekstrom K., Bossios A. et al. Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells // Nature Cell Biology. 2007. V. 9. N. 6. P. 654—659.

Лечение экзосомами относиться к биологической терапии. Этот метод является аутологичным лечением с помощью молекул mRNA, полученных из мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани или крови пациента. Проводится отборочное выращивание данных молекул в лаборатории молекулярной иммунопатологии для того, чтобы вызвать тканевую, клеточную или сосудистую морфологическую регенерацию, а также индуцировать молекулярный и межклеточный баланс.

Это безопасное, эффективное лечение, которое можно комбинировать с другими терапевтическими методиками.

Что такое экзосомы?

Это маленькие частицы (от 30 до 150 nm), которые содержат некодирующие РНК и белковые комплексы, их выделяют все типы клеток и проявляются они в натуральной форме в жидкостях организма, таких как: кровь, слюна, моча, спинномозговая жидкость.

Они считаются самым важным компонентом межклеточной связи, то есть с помощью лечения экзосомами можно регенирировать любую ткань организма.

В процессе старения организма, при дегенеративных заболеваниях, заболеваниях обмена веществ, травмах теряется способность замены поврежденных клеток, в результате чего ткань начинает разрушатся и в конечном итоге ткань теряет полностью свои функции.

Молекулярное регенеративное лечение экзосомами добилось больших результатов по показателям эффективности, безопасности и экономичности.

Первым делом, пациент должен понимать, что лечение с помощью экзосом для каждого человека и при любом заболевании - индивидуальное.

• все виды неврологических патологий (ДЦП),
• дегенеративные заболевания (все невродегенеративные процессы),
• заболевания обмена веществ (сахарный диабет),
• недостаточности (почечная, легочная, сердечная, печеночная),
• осложнения после инсульта, инфаркта,
• цереброваскулярные заболевания,
• при травматизмах, в случае повреждения связок и сухожилий, мышечной и костной ткани.

Начать лечение с помощью экзосом можно на любом этапе развития заболевания, стоит отметить, что лучший результат наблюдается у пациентов с меньшим количеством лет эволюции и меньшей тяжестью клинической картины.

Перед началом лечения проводятся необходимые обследования, в зависимости от патологии каждого пациента.

Лечение проводится в амбулаторном режиме и щадящим методом с помощью внутривенных, внутримышечных, эндоназальных и других видов инъекций.

На протяжении первой недели лечения, специалисты ознакомляются с историей болезни пациента, проводится забор биоматериала (из жировой ткани или крови) и обрабатывают материал на протяжении несколько дней в лаборатории. На протяжение одного месяца пациент получает 4-6 инъекций (в зависимости от каждой патологии). Период между инъекциями составляет от 4 до 7 дней. После окончания лечения, проводится контрольное обследование, чтобы увидеть результат лечения. Лечение экзосомами имеет накопительный эффект и максимальный результат наблюдается через 2-4 месяца после терапии.

Регенеративное лечение с помощью экзосом не имеет побочных явлений.

Каждый применяемый протокол разработан на безе научных исследований, публикаций и утвержден FDA (Food and Drug Administration). Данное лечение является частью исследований, которое получило премию Нобель в 2011 и 2018 году.

Во всех регионах России предоставляется услуга дежурства скорой помощи на мероприятиях.

+7 (863) 29-888-08 (круглосуточно).

Считаете материал полезным? Поделитесь статьей о лечении за рубежом с друзьями:

Укажите свои контакты, и мы обязательно с Вами свяжемся !!

Если у Вас есть что добавить по теме, или Вы можете поделиться своим опытом, расскажите об этом в комментарии или отзыве.

ИМЕЮТСЯ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ, ТРЕБУЕТСЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ СПЕЦИАЛИСТА

Необходимость в лечении позвоночника за рубежом может возникнуть при тяжёлых последствиях травм, возрастных изменениях опорно-двигательного аппарата, наличии врождённых патологий. Не всегда отечественные специалисты могут помочь и чаще это происходит из-за отсутствия передового оснащения медицинских учреждений и доктора сами рекомендуют обратиться в иностранные клиники. В последние годы провайдеры медицинского туризма отмечают растущий спрос на лечение позвоночника в Китае, где современные достижения медицины эффективно сочетаются с традиционными восточными методиками. Цены при этом доступны большинству граждан России и стран СНГ. Компания МедЭкспресс имеет партнёров среди медиков Поднебесной и поможет решить все организационные задачи при подготовке к терапии.

Экзосомы (мембранные пузырьки), выделяемые опухолевыми клетками, позволяют определить степень гипоксии (недостатка кислорода) в опухоли и сделать предсказание об ее агрессивности. Оказалось, что экзосомы из страдающих от гипоксии клеток глиобластомы (опухоли мозга) не только индуцируют выделение сигнальных молекул для привлечения клеток, регулирующих образование стенок мелких сосудов, но также посылают другим клетками опухоли сигналы, запускающие их миграцию, что играет важную роль в образовании метастаз.

Неограниченное деление опухолевых клеток приводит к образованию клеточных скоплений, находящихся далеко от кровеносных сосудов и потому недостаточно снабжаемых кислородом. В норме гипоксия — это один из факторов, вызывающих апоптоз — самоубийство клетки. Однако в случае опухоли эти условия могут привести к отбору более жизнеспособных клеток — например, клеток, имеющих мутации в генах, связанных с апоптозом. Такие клетки уже не реагируют на сигналы, которые должны запускать самоубийство вредных для организма клеток, в результате чего в них могут накапливаться и другие вредные мутации, и можно ожидать более агрессивного поведения такой раковой опухоли (более интенсивного деления клеток, способности образовывать метастазы и т. п.). Например, было показано, что недостаток кислорода в опухолевых клетках изменяет работу генов, отвечающих за клеточную адгезию (прикрепление клеток друг к другу). В результате опухолевые клетки могут отделяться от клеток-соседей, что способствует образованию метастаз.

В поисках необходимых ресурсов опухолевые клетки способны активно перестраивать своё клеточное окружение. Например, они могут выделять в межклеточную среду различные вещества, напрямую влияющие на окружающие опухоль клетки, такие как фактор роста эндотелия сосудов (Vascular endothelial growth factor, VEGF), стимулирующий размножение клеток эндотелия (клеток, формирующих стенки сосудов) и за счёт этого — прорастание новых сосудов в опухоль для снабжения ее кислородом.

Кроме того, опухоль может выделять мембранные пузырьки — экзосомы — содержащие сигналы, которые могут перепрограммировать окружающие опухоль клетки выгодным для нее образом. Так, экзосомы опухолей могут содержать малые РНК, стимулирующие клеточные деления, и белки, блокирующие механизм клеточного уничтожения (апоптоза). То есть экзосомы опухолевых клеток могут способствовать дальнейшему развитию опухоли.

Разумно было бы предположить, что состав выделяемых опухолевой клеткой экзосом меняется в зависимости от условий, в которых находится опухоль, например от наличия гипоксии. Группа исследователей из Сингапура ещё в 2010 году опубликовала статью, подтверждающую это предположение (см.: Park et al., 2010. Hypoxic Tumor Cell Modulates Its Microenvironment to Enhance Angiogenic and Metastatic Potential by Secretion of Proteins and Exosomes). Оказалось, что клетки карциномы (опухоли, развивающейся на основе клеток кожи, слизистых оболочек и других эпителиальных тканей), выращенные в условиях гипоксии, выделяют во внешнюю среду целый набор молекул, не выделяемых в нормальных условиях, — в том числе ряд белков, включенных в состав экзосом. При этом состояние гипоксии приводило к уменьшению клеточной адгезии, что могло способствовать отделению клеток карциномы и метастазированию опухоли. Кроме того, опухолевые клетки стимулировали рост сосудов. Однако в этом исследовании состав самих экзосом не анализировали — то есть оставалось неясным, велика ли роль экзосом в наблюдаемых эффектах по сравнению с белками, выделяемыми клетками опухоли напрямую, без мембранных пузырьков.

В недавно опубликованном исследовании в журнале PNAS (см.: Kucharzewska et al., 2013. Exosomes reflect the hypoxic status of glioma cells and mediate hypoxia-dependent activation of vascular cells during tumor development) группа шведских исследователей детально изучила молекулярный состав экзосом, выделяемых клетками глиобластомы — достаточно распространенной и очень опасной формы опухоли мозга. Одной из целей было изучить, связан ли состав экзосом с состоянием продуцируемых их клеток, в том числе с уровнем гипоксии. Для этого необходимо было узнать, различается ли содержимое экзосом, выделяемых опухолевыми клетками, страдавшими от недостатка кислорода, и клетками, жившими в более комфортных условиях. (Надо отметить, что и здоровые глиальные клетки, на основе которых возникает глиобластома, также могут выделять экзосомы, что необходимо для межклеточной коммуникации этих клеток с нейронами в мозгу. Так что в данном случае предполагалось, что клетки опухоли используют этот нормальный физиологический механизм для перестройки собственного микроокружения в условиях гипоксии.)

Для экспериментов использовались экзосомы, выделенные из плазмы крови пациентов с глиобластомой или продуцированные несколькими культивируемыми клеточными линиями той же опухоли. Культивируемые клетки можно было выращивать в различных условиях, добиваясь различного уровня снабжения кислородом, и, таким образом, выделять экзосомы как из клеток, страдавших от гипоксии, так и из клеток, нормально снабжавшихся кислородом.

Выяснилось, что экзосомы из клеток, страдавших от недостатка кислорода, содержали белки, имеющие большое значение для развитие глиобластомы, а также связанные с состоянием гипоксии. Например, в таких экзосомах содержался фактор роста эндотелия сосудов (VEGF). Кроме того, экзосомы содержали большое количество разнообразных мРНК — из приблизительно 15 000 типов молекул РНК, представленных в клетках глиобластомы, в экзосомах встречалось 6500. В экзосомах также было обнаружено 20 типов молекул РНК, не встречающихся в детектируемых количествах в клетках глиобластомы. Большая часть молекул РНК встречалась в экзосомах независимо от уровня гипоксии. Среди РНК, отличавшихся у экзосом из гипоксийных и негипоксийных клеток, было 8 РНК различных генов, связанных с развитием опухоли. Выяснилось, что большое количество РНК в клетках глиобластомы, связанное с высоким уровнем недостатка кислорода, коррелирует с более агрессивной формой опухоли.

Ситуация с белками оказалось похожей: значительное количество белков опухоли было представлено в экзосомах, и белковый состав экзосом отражал состояние продуцировавших экзосомы клеток; то есть среди этих белков некоторые оказались характерными для состояния гипоксии. Таким образом, выяснилось, что молекулярный состав экзосом отражает степень гипоксии опухоли и позволяет делать предсказания об ее агрессивности.

В следующем эксперименте исследователи показали, что экзосомы из культуры клеток глиобластомы, страдавшей от гипоксии, сильнее стимулируют рост микрососудов, чем экзосомами из клеток, нормально снабжавшихся кислородом. Моделью для этого опыта служили фрагменты сосудов мыши.

Также было показано, что экзосомы из гипоксийных клеток стимулируют более активную миграцию клеток глиобластомы через гель, имитирующий по плотности межклеточное вещество, нежели экзосомы из клеток, не страдавших от нехватки кислорода. Из этого можно заключить, что при нехватке кислорода клетки опухоли с помощью экзосом посылают друг другу сигналы, стимулирующие метастазирование.

После обработки клеток эндотелия (клеток стенок сосудов) гипоксийными экзосомами опухоли клетки начинали выделять сигнальные молекулы (факторы роста и цитокины), привлекающие перициты — клетки, регулирующие образование стенок сосудов. Интересно, что добавление экзосом к самим перицитам не оказывает никакого эффекта на их миграционную активность: воздействие клеток глиобластомы на перициты возможно только через посредничество клеток эндотелия.

Для исследования влияния экзосом на рост опухоли в живом организме мышам вводили человеческие опухолевые клетки с добавлением экзосом из гипоксийных клеток или из клеток, нормально снабжавшихся кислородом. Cпустя 35 дней оценивался роста опухоли в организме мыши. Опухоли, которые вводились с добавлением экзосом из гипоксийных тканей, были почти в три раза больше по объему, чем контрольные опухоли, которые вводились без добавления экзосом. К тому же, такие опухоли содержали значительно больше сосудов, чем контрольные опухоли, и перицитов в образцах обнаруживалось в четыре раз больше, чем в контроле и чем в опухолях, к которым добавляли экзосомы из клеток, нормально снабжавшихся кислородом.

Таким образом, было продемонстрировано, что экзосомы из гипоксийных тканей способствуют размножению опухолевых клеток, а также помогают снабдить опухоль большим количеством кровеносных сосудов. Интересно, что экзосомы, выделенные клетками глиобластомы, не страдавшими от недостатка кислорода, давали те же эффекты, но значительно менее выраженные.

Таким образом, было показано, что экзосомы, продуцируемые опухолевыми клетками, представляют собой важный инструмент для изменения условий, в которых существует опухоль, а также для коммуникации опухолевых клеток между собой. Авторы статьи добавляют, что блокирование передачи сигналов через экзосомы может стать перспективным направлением для разработки новых лекарственных препаратов.

Источник: Paulina Kucharzewska, Helena C. Christianson, Johanna E. Welch, Katrin J. Svensson, Erik Fredlund, Markus Ringnéra, Matthias Mörgelin, Erika Bourseau-Guilmain, Johan Bengzone, Mattias Belting. Exosomes reflect the hypoxic status of glioma cells and mediate hypoxia-dependent activation of vascular cells during tumor development // PNAS. 2013. V. 110 P. 7312–7317.
----------------------------------

Механизм образования экзосом. Клетка показана серым, внеклеточная среда — белым. Внешняя мембрана клетки (1) может образовывать углубления (2), в результате чего внутрь клетки могут отпочковываться мембранные пузырьки (3, показаны зеленым). В мембраны таких пузырьков могут быть встроены молекулы, находившиеся во внешней мембране клетки (показаны черными прямоугольниками). Внутри клетки пузырьки могут сливаться c эндосомами — более крупными мембранными пузырьками, показанными розовым (4). Потом от мембраны эндосомы внутрь нее отпочковываются будущие экзосомы, которые могут содержать в мембранах молекулы, принесенные из внешней мембраны, а внутрь себя могут забрать белки и РНК из цитоплазмы клетки (5). Затем эндосома (6) сливается со внешней мембраной клетки и выпускает наружу экзосомы (7). Рисунок с сайта ru.wikipedia.org

Подпишитесь на НОВОСТИ и получайте эксклюзивную информацию о самых последних исследованиях по противостоянию раку. Информация доступна только подписчикам.