Используя 3D-модели опухолей рака яичников, ученые обнаружили различия в активности генов в зависимости от того, где клетка находится в опухоли, продемонстрировав, как расположение клетки и ее окружение в раковой опухоли могут сильно влиять на то, какие гены активны, и на роль клетки в биологии рака. . В частности, группа под руководством исследователей из Национального центра развития трансляционных наук (NCATS), входящего в состав Национального института здравоохранения, показала, что активность генов в клетках на поверхности опухоли или рядом с ней отличается от активности клеток, расположенных ближе к ней.
Подход сочетает использование технологии для выявления генетической активности отдельных клеток в опухоли с флуоресцентными красителями, которые распространяются в опухоли. Работа может позволить исследователям изучить, как одни и те же заболевания могут различаться у людей и развиваться по-разному. Это исследование может помочь клиницистам определить стратегии лечения, ориентированные на определенные области опухолей, что может привести к более эффективным методам лечения рака и других заболеваний. Команда сообщила о своих результатах 21 июня в Cell Systems.
«Принято считать, что местоположение клетки и окружающая среда влияют на ее идентичность», — сказал Крейг Томас, доктор философии, ученый-переводчик из NCATS. «Две клетки могут быть генетически идентичными, но иметь разную клеточную идентичность, а это означает, что разные гены включаются из-за их местоположения и окружающей среды. Наша цель состояла в том, чтобы создать простой метод для изучения этой концепции в различных условиях».
Новая система, называемая сегментацией экзогенной перфузией или SEEP, использует краситель, который диффундирует в клетки опухоли с заданной скоростью. Измерение того, сколько красителя попадает в отдельные опухолевые клетки, дает информацию о местонахождении клетки и, в частности, о ее доступе к внешней среде. Используя вычислительные методы , исследователи связали эту информацию с активностью генов клеток, что позволило ученым связать идентичность клеток с их местоположением.
«Понимание отношения клеток друг к другу и влияния их положения в пространстве было фундаментальным вопросом в области рака, неврологических расстройств и других областей», — сказал соавтор Туомас Ноулз, доктор философии, из Кембриджского университета.
В работе исследователи использовали три типа лабораторных 3D-моделей — сфероиды, органоиды и мышиные модели — созданные из клеток рака яичников человека. Сфероиды — это трехмерные кластеры клеток, выращенные в лабораторной чашке, которые могут имитировать некоторые черты органов и тканей. Органоиды, также выращенные в чашке, представляют собой более сложные 3D-модели, которые более точно имитируют функции и структуру органов и тканей. В моделях на мышах исследователи имплантировали клетки рака яичников человека для образования опухолей.
«Очень важно понимать, что не каждая клетка опухоли будет подвергаться воздействию препарата одинаковым образом», — сказал Ноулз. «Лекарство от рака может убивать клетки на поверхности опухоли, но клетки в середине другие и воздействуют по-разному. Это, вероятно, способствует тому, что некоторые методы лечения не работают».
Метод SEEP показал, что опухолевые клетки вблизи поверхности опухоли с большей вероятностью подвергаются клеточному делению, чем клетки ближе к центру опухоли. Клетки на поверхности опухолей также включают гены, чтобы защитить их от реакций иммунной системы. Неудивительно, что эти реакции генов связаны с тем, как опухоль прячется от иммунной защиты организма.
Исследователи были удивлены различиями в активности генов между клетками на поверхности или вблизи нее и клетками, находящимися дальше внутри моделей опухоли рака яичников. Полученные данные могут помочь ученым лучше понять, как устроены опухоли. Такая информация может привести к улучшению лечения. Одним из возможных методов лечения рака может быть нацеливание на клетки, которые могут быть поражены в различных областях опухоли.
«Определенные типы опухолевых клеток восприимчивы к определенным методам лечения», — отметил первый автор и студент-медик Гарвардского университета Дэвид Морс, доктор философии. «Знание расположения клеток и уровня их доступности в опухоли может помочь нам решить, как использовать лекарства в комбинации. Это может помочь нам определить, как долго нужно давать лекарство и когда переходить к другим методам лечения».