Метод, разработанный в Университете Мичигана, позволяющий ученым в реальном времени отслеживать отдельные плавающие в жидкости раковые клетки, поможет врачам в изучении процесса метастазирования. Более того, этот подход может проложить путь к новым таргетным методам лечения, выходящим за рамки персонализированной медицины.

«Мы ищем индивидуальный подход не к человеку, а к клетке», – объясняет Рэми Элбез (Remy Elbez), докторант кафедры прикладной физики, соавтор статьи об этой работе, опубликованной в журнале с открытым доступом PLoS ONE.

Рэми Элбез (Remy Elbez), докторант кафедры
прикладной физики, берет образец раствора,
содержащего намагниченные клетки рака шейки
матки. Поместив несколько капель раствора в
специальное магнитное поле и установив все
устройство под микроскоп, ученый может
наблюдать за клетками на мониторе и
определять их форму и состояние по скорости
вращения. Этот новый метод поможет врачам
понять процесс метастазирования рака.
(Фото: Nicole Casal Moore)

За последние годы ученые пришли к пониманию того, что не все клетки раковой опухоли имеют один и тот же генетический код. Клинически это означает, что некоторые из них более устойчивы к лекарственному воздействию. Поэтому так востребованы методы исследования отдельных клеток, ведь для ученых, которые хотят изучить, например, то небольшое количество клеток, которое не смог уничтожить конкретный противораковый препарат, не представляют большой ценности подходы, позволяющие получать информацию о множестве клеток одновременно.

Одним из наиболее опасных типов раковых клеток являются циркулирующие опухолевые клетки, и они представляют для ученых особый интерес. Эти клетки отделяются от первичной опухоли и с током крови попадают в отдаленные ткани. Ученым известно, что они отличаются от клеток, которым не свойственна такая миграция. Например, для них нехарактерно быстрое деление. В то же время, они сложны для изучения по нескольким причинам: их трудно найти, так как на миллион клеток крови приходится лишь несколько раковых; их ключевые свойства проявляются в движении, поэтому изучение в двухмерном пространстве чашки Петри не позволяет раскрыть их истинную природу.

«Это совершенно новый метод мониторинга процессов роста и смерти отдельной клетки в реальном времени во взвешенном состоянии», – продолжает Элбез.

Лучшее понимание биологии циркулирующих опухолевых клеток может привести к методам терапии, в фокусе которых окажутся именно эти клетки, что позволит блокировать распространение рака за пределы первичной опухоли, считают исследователи. Это могло бы продлить жизнь пациентов.

«К гибели большинства больных раком приводят именно последствия метастазирования», – подчеркивает доктор медицины Кеннет Пиента (Kenneth Pienta), соавтор статьи, изучающий этот процесс.

Используя магниты, ученые заставили раковые клетки вращаться таким образом, что скорость их вращения раскрывает их форму и состояние. Какое-либо изменение в морфологии клетки вызывает изменение и в периоде ее вращения в суспензии. Чтобы продемонстрировать, что их метод работает, исследователи поместили клетки рака шейки матки линии HeLa с коммерчески доступными магнитными наночастицами в раствор, а раствор – в специальное магнитное поле. Существует критическая частота внешнего магнитного поля, выше которой клетки не могут вращаться синхронно с внешнем полем. При асинхронном вращении любое изменение в объеме клетки приводит к пропорциональному изменению сопротивления, и более крупные, умирающие или делящиеся клетки вращаются гораздо медленнее, демонстрируя при этом специфические паттерны.

«Впервые нам удалось сделать сенсором саму клетку. Она может сказать нам, когда умирает», – комментирует Элбез. «Другие методы, такие как флуоресцентные красители, работают, основываясь на косвенных свидетельствах».

Новая система может усовершенствовать тестирование лекарственных препаратов, позволяя ученым выявлять наиболее устойчивые клетки.

Кроме того, она может открыть путь к более индивидуализированному лечению рака, а именно, прежде чем назначать пациентам курс химиотерапевтических препаратов, которые, возможно, и не работают, можно провести их мини-испытания на небольшой выборке опухолевых клеток.

«Персонализированные методы терапии рака позволяют проводить лечение пациента в нужное время нужным лекарством», – поясняет профессор Пиента. «Более того, они позволяют избежать назначения таких препаратов, которые не приносят пользы пациенту и являются пустой тратой денег».

Умирающая раковая клетка. С помощью наночастиц раковые клетки превращены в крошечные магниты. Ученые поместили намагниченные клетки в специальное магнитное поле. По скорости вращения клеток можно судить о том, жива ли клетка, растет ли она, делится или умирает. Этот метод приведет к более глубокому пониманию биологии циркулирующих раковых клеток, являющихся причиной метастазов.

Cтатья Nanoparticle induced cell magneto-rotation: Monitoring morphology, stress and drug sensitivity of a suspended single cancer cell