Биофизики из МФТИ с коллегами проанализировали 1200 потенциальных маркеров метастатических процессов в опухолях и выделили из них 10 самых перспективных. Работа опубликована в International Journal of Molecular Sciences.
В настоящее время рак является одной из основных причин смертности в развитых странах, при этом более чем в 90% случаев люди гибнут именно из-за образования и роста вторичных опухолей. Поэтому отследить начало метастатического процесса очень важно, и желательно сделать это как можно быстрее. Принятый в медицине «золотой стандарт» — гистологическая оценка биопсийного материала, требует высокой квалификации врача-патологоанатома и занимает много времени, зачастую речь идет о нескольких неделях. Попытка автоматизировать процесс обработки результатов гистологии с помощью искусственного интеллекта и методов машинного обучения тоже пока не принесла высокоточных результатов. Поэтому использование биомаркеров для диагностики, дающее возможность сделать анализ полностью автоматическим или использовать алгоритмы машинного интеллекта, позволит намного повысить качество медицинской помощи пациентам.
Сотрудники лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ совместно с коллегами из России и Китая предложили новый комплексный подход к оценке рисков метастазирования. Злокачественные клетки, готовясь к внедрению в здоровые ткани, перестраивают свою внутреннюю структуру, становясь более пластичными и подвижными, при этом их метаболизм достаточно сильно модифицируется. В частности, клетка начинает активно перестраивать свой цитоскелет — ажурный каркас из белковых нитей. Это позволяет клетке менять форму, вытягивать «ложноножки» и передвигаться подобно амебе. При процессе внедрения в окружающие ткани в опухолевых клетках запускается целый ряд процессов, сопровождающихся синтезом, изменением или разложением ряда специфических белков. Проанализировав информацию о более чем 1200 потенциальных маркерах метастатического процесса, коллектив ученых сформировал «шорт-лист» из кандидатов, напрямую связанных с процессом проникновения опухолевых клеток в окружающие ткани. Десять из них оказались наиболее многообещающими: среди них присутствуют, например, белок p53, известный как «страж генома», повышение которого свидетельствует о размножении клеток с «поломкой ДНК», а также белок WAVE2, отвечающий за полимеризацию актина (компонента цитоскелета) и передвижение клетки.
Сергей Леонов, заместитель руководителя лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ, поясняет: «Анализируя наличие и изменение концентрации белков-маркеров, можно определить, собирается ли опухоль в ближайшее время дать метастазы, и на основании этого сделать выбор в пользу консервативного либо радикального лечения».
Перестройка цитоскелета в процессах передвижения, внедрения и эндоцитоза. Источник: International Journal of Molecular Sciences
Работа продолжает ранее начатое коллективом изучение механобиологических особенностей метастазирующих клеток. В ходе исследований ученые обратили внимание на процесс эндоцитоза — поглощения внешнего материала клеткой. Выяснилось, что клетки агрессивных опухолей не только более подвижные, но и, вследствие этого, более «мягкие» внутри и снаружи, а также более «жадные». Использовав эту особенность, сотрудники лаборатории предложили новый метод диагностики: злокачественные клетки, в отличие от здоровых, активно захватывают флуоресцентные наночастицы, и этот процесс можно легко отследить, получив количественную информацию.
Юлия Мерхер, старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ и руководитель проекта, добавляет: «Наши исследования показали что механо-биологические особенности поглощения наноразмерных флуоресцентных сенсоров (зондов) раковыми клетками имеют значение для предсказания метастатического поведения опухолевых клеток».
«Данный проект реализует одно из ключевых направлений научных исследований нашей лаборатории — “Биофизика рака: последние достижения в механобиологии и механомедицине рака”, которое сейчас стало темой специального одноименного сборника статей в высокорейтинговом International Journal of Molecular Sciences. Я как редактор сборника от имени себя и коллег рад пригласить всех ученых из России и из-за рубежа разместить в нем свои статьи по данной тематике, ранее не опубликованные в других изданиях», — заключает Сергей Леонов.
Работа была сделана в сотрудничестве с китайскими коллегами (группа профессора Yongheng Chen из Central South University, China), Федеральным медико-биофизическим центром им. Бурназяна ФМБА и ФИЦ химической физики им. Н. Н. Семенова РАН.
Все исследования проведены непосредственно в лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ, созданной в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Одной из задач при реализации проекта являлось развитие научной карьеры молодых ученых. В результате первого года проекта один из исполнителей, Иньян Олумиде, успешно защитил квалификационную магистерскую работу на тему «Идентификация ДНК/РНК/белковых маркеров для высокоинвазивных и эндоцитарно-эффективных субпопуляций раковых клеток». Также в научной работе и написании статьи участвовали студенты бакалавриата Константин Ачкасов и Елизавета Богдан.
Исследование выполнено при поддержке РНФ (грант №22-25-00868).
2
