Запропоновано новий підхід до теоретичних і прикладних досліджень раку • В'ячеслав Калінін • Новини науки на "Елементи" • Онкологія

Запропоновано новий підхід до теоретичних і прикладних досліджень раку

Мал. 1. Універсальний метод дослідження ракових пухлин, розроблений в рамках обговорюваного дослідження. Матеріал з біопсії пухлин пацієнтів трансплантували ортотопно (тобто в аналогічний орган) імунодефіцитних мишам і отримували ксенографтние (тобто з тканиною, пересадженою від організму іншого виду – в даному випадку від людини) пухлини (PDX, patient-derived xenograft). Потім виросли у мишей пухлини аналізували по гістології за допомогою електронної мікроскопії, секвенували їх геноми і кількісно визначали набір мРНК. Клітини ксенографтних пухлин можна зберігати в замороженому вигляді, щоб використовувати в подальших роботах. Особливо важливо, що автори створили централізований репозиторій, доступний для інших дослідників. Малюнок з популярного синопсиса до обговорюваної статті вNature

Вчені отримали і охарактеризували 67 ортотопних трансплантатів 12 типів дитячого раку, а також показали, що вони зберігають основні властивості вихідної пухлини. Результати роботи і отримані клітинні культури представлені в сховище даних, відкритому для користування іншими дослідниками. Водночас з'ясувалося, що речовина AZD1775 – інгібітор протеїнкінази WEE1 – ефективно проти рабдоміосаркома.Розроблена система порівняно недорога і може бути використана для дослідження ракових пухлин людини, а також для швидкого підбору засобів лікування раку і доклінічних випробувань нових протиракових препаратів.

Вивченням раку займаються в тисячах лабораторій в різних країнах світу. Іноді відбуваються курйозні випадки, коли внаслідок, наприклад, плутанини або забруднення клітинних культур іншими клітинами вчені працюють зовсім не з тими раковими клітинами, які потрібні. Отримані результати доводиться відправляти в сміттєву корзину, а чималі витрати на них виявляються марними. Все більш очевидно, що потрібна уніфікація і стандартизація досліджень онкологічних захворювань: вони повинні проводитися за одними протоколами, на достовірно охарактеризовано і перевіреному матеріалі. Для цього скоординованими зусиллями різних інститутів і лабораторій створюються репозиторії (сховища даних) детально описаних і перевірених клітин з можливістю швидкого доступу до цих баз даних.

Хоча середня виживаність дітей з солідними пухлинами (див. Solid tumor) становить понад 75%, серед дітей з рецидивами виживають вже менше 30%.База даних з описом різних видів таких пухлин, особливо рідко зустрічаються, повинна допомогти створенню нових моделей рецидивів.

Автори статті в журналі Nature розробили систему, позволяюшее адекватно відтворювати ракові пухлини дітей на модельних мишах. Протягом 2010-2015 років вони брали свіжі зразки тканини пухлин і метастазів у 225 дітей та детально досліджували їх, порівнюючи із зразками нормальних тканин цих пацієнтів. 148 зразків були введені імунодефіцитних мишам з метою отримати у них ортотопние (в таких же органах, як у хворого) ксенографтние (чужорідні, з тканиною, пересадженою від хворих дітей) пухлини (orthotopic patient-derived xenografts, рис. 2). Пухлини, що розвинулися у мишей, порівнювали потім з пухлинами пацієнтів.

Мал. 2. Розташування найпоширеніших з досліджених типів раку в тілі людини і миші (нейробластома, остеосаркома, рабдоміосаркома, ретинобластома, пухлина Вільмса, саркоми Юінга). Малюнок з обговорюваної статті в Nature

У багатьох попередніх дослідженнях було показано, що саме при ортотопной трансплантації (на відміну від часто респонденти користуються послугами трансплантації під шкіру) найкращим чином зберігаються властивості пересаджуваних клітин.

Всього пересаджували клітини пухлин 15 різних типів: нейробластоми (41 зразок), остеосаркоми (31), рабдоміосаркома (20), ретинобластоми (10), пухлини Вільмса (9), десмопластіческой круглоклітинна раку (9, см. Desmoplastic small-round-cell tumor ), саркоми Юінга (7), високо-злоякісних сарком (6), адренокортікальной карциноми (5). Крім того були зроблені 10 пересадок шести типів інших дуже рідкісних раків. Клітини різних пухлин приживалися з різним ступенем ефективності (в середньому – 45%). Всього отримано 67 зразків ортотопних ксенографтних пухлин 12 різних типів раку (рис. 3). Можна було отримати з них культури клітин, проводити з ними генетичні маніпуляції, заморожувати для зберігання, використовувати їх для повторної трансплантації мишам.

Мал. 3. Ефективність ортотопной імплантації клітин різних пухлин імунодефіцитних мишам. DSRCT – десмопластіческой круглоклітинна рак, EWS – саркома Юінга, HGS – високо-злоякісні саркоми, NB – нейробластома, OS – остеосаркома, RB – ретинобластома, RMS – рабдоміосаркома, WT – пухлина Вільмса. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Клітини з отриманих пухлин мишей знову піддавалися детальному дослідженню, і результати зіставляли з відповідними характеристиками зразків від пацієнтів.За даними іммуногістологіческоеультраструктурному дослідження, 48 з 49 пухлин мишей були практично ідентичні відповідним пухлин хворих. Електронна мікроскопія 36 досліджених ксенографтних пухлин показала наявність у всіх них тих же внутрішньоклітинних і міжклітинних структур, що і в початкових пухлинах.

З метою з'ясувати, чи зберігають ксенографтние пухлини соматичні мутації вихідних пухлин було проведено повне секвенування геномів і кодують послідовностей (екзомов) 51 пари "ксенографтная пухлина / вихідна пухлина". У деяких рідкісних випадках в ксенографтной пухлини виявлялися мутації, які відсутні у вихідній, і навпаки. Це могло бути пов'язано з тим, що в різних частинах пухлини можуть відбуватися різні мутації -гетерогенность пухлин вже досить добре відома, а також – із забрудненням тканини пухлини нормальної тканиною. Загалом же набір мутацій в ксенографтних пухлинах добре відповідав їх набору в початкових пухлинах. При повторних трансплантацій "ксенографтние" клітини продовжували еволюціонувати і повільно накопичувати нові мутації, але їх основний вихідний набір зберігався.Кількісне визначення наборів мРНК продемонструвало, що профілі експресії генів зберігаються і в ксенографтних пухлинах. Преципитация хроматину з антитілами проти ряду гістонів з подальшим секвенуванням захищених цими гистонами ділянок ДНК показала, що "ксенографтние" клітини зберігають набори відкритих і закритих для експресії генів, властивих вихідним пухлин. Іншими словами, властивості пухлин збереглися і на епігенетичні рівні.

Щоб визначити чутливість ксенографтних пухлин різних типів до лікарських засобів, з 30 з них були отримані культури клітин, які зазнали на чутливість до 156 терапевтичним препаратів. Серед випробуваних сполук особливий інтерес представляло ще не схвалене до застосування в клініці для лікування рабдоміосаркоми хімічна сполука AZD1775. Це інгібітор WEE1 – одного з ключових регуляторів росту клітини. AZD1775 ефективно пригнічувало ріст клітин в культурах. Потім клітини з ксенографтной рабдоміосаркоми позначили геном люмінесцентного білка люціферази, і після ортотопной трансплантації мишам спостерігали ефект від лікування комбінаціями різних препаратів.Найкращий результат був отриманий в разі комбінації іринотекан + вінкристин + AZD1775 (рис. 4).

Мал. 4. Доклінічні випробування з використанням мишачої моделі ксенографтних пухлин. Мишей лікували від прищепленої їм рабдоміосаркоми різними протипухлинними речовинами (скорочення: IRN – іринотекан, VCR – вінкристин). За флюоресценції люціферази можна судити про успішність різних комбінацій речовин: PD -захворювання спрогрессіровало, PR – часткове скорочення пухлини, CR – пухлина не виявлена. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Ця комбінація виявилася і більш виграшній з точки зору виживання мишей в порівнянні зі стандартною для лікування цього захворювання комбінацією иринотекан + вінкристин і застосуванням тільки AZD1775 (рис. 5).

Мал. 5. Виживання мишей при лікуванні прищепленої їм рабдоміосаркоми різними протипухлинними сполуками. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Техніка отримання ортотопних ксенографтних пухлин вже досить добре відпрацьована, трансплантація зазвичай проходить цілком успішно. Методи, описані в обговорюваній статті, порівняно прості і дешеві, і їх застосування, а також створений доступний без вимог співавторства і безкоштовний для інших дослідників репозиторій,можуть істотно просунути вивчення раку в багатьох лабораторіях, дозволяючи швидше і з меншими витратами розробляти нові засоби лікування раку.

Саме значуще гідність описаного підходу – порівняно просте створення зразків для подальшого дослідження без втрати властивостей пухлини. Що особливо цінно, можна створювати моделі для підбору засобів лікування раків, для яких поки немає генно-інженерних мишачих ліній. У лабораторіях вже є приблизно 1000 ксенографтних моделей "твердих" і гематологічних раків дітей і дорослих. Автори обговорюваної роботи внесли істотний внесок у такі дослідження, створивши ще 148 дитячих раків, в тому числі і дуже рідкісних.

Важливо, що вперше був проведений детальний аналіз ксенографтних пухлин, що показав високу ступінь їх схожості з вихідними пухлинами. Повторна трансплантація заморожених "ксенографтних" клітин також показала високий ступінь подібності вторинних пухлин з вихідними. Консорціум Childhood Solid Tumour Network, членами якого є автори обговорюваної роботи, вже надав доступ до рапозіторію більш ніж 120 лабораторій в 11 країнах.Надалі активність цього та інших консорціумів, ймовірно, буде розвиватися, репозиторії будуть розширюватися, а нові ксенографтние моделі будуть з'являтися за стандартизованими методиками.

джерела:
1) E. Stewart et al. Orthotopic patient-derived xenografts of paediatric solid tumours // Nature. 2017. DOI: 10.1038 / nature23647.
2) Mark A. Murakami & David M. Weinstock. Cancer models: The next best thing // Nature. 2017. (Популярний синопсис до обговорюваної статті.)

В'ячеслав Калінін


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: