Смертельно опасная раковая опухоль строит собственное «гнездо» внутри мозга

Фото из открытых источников

По мере роста раковая опухоль изменяет окружающую среду в соответствии со своими потребностями – отодвигает ткани, перестраивает кровеносные сосуды и захватывает функции организма для поддержания своего дальнейшего существования и роста.

Теперь группа ученых разработала новую ультразвуковую методику, которая позволяет им наблюдать за этим процессом формирования опухоли в действии, когда смертельно опасная опухоль внедряется глубоко в мозг мыши.

Опухоль представляет собой глиобластому, и способ её формирования может дать подсказки о том, как с ней бороться.

«Способность нашей платформы фиксировать все три измерения прогрессирования опухоли in vivo у бодрствующих животных представляет собой важный шаг вперед в изучении нейроонкологических процессов с пространственно-временной точностью и разработке улучшенных методов лечения», — пишет группа исследователей во главе с инженером-химиком Михаилом Шапиро из Калифорнийского технологического института в статье, опубликованной в журнале iScience.

Нет хороших видов рака, но некоторые из них значительно опаснее других. Одна из самых опасных групп — это глиомы, как правило, злокачественные новообразования, возникающие из глиальных клеток или их предшественников в головном или спинном мозге.

Наихудшей формой является глиобластома, при которой пятилетняя выживаемость составляет всего 5-7 процентов.

Одна из причин, по которой глиомы так трудно поддаются лечению, заключается в том, что они используют критически важные функции головного мозга в своих целях, неразрывно связываясь с окружающими здоровыми тканями и кровеносными сосудами для обеспечения собственного выживания.

Также сложно понять, как именно разворачивается этот процесс. Мозг — это очень сложный и хорошо организованный орган. Ученые не могут просто так экспериментировать, чтобы понять, как он работает; даже в экспериментах на животных подобные манипуляции могут привести к повреждениям, которые изменят именно то, что они пытаются наблюдать.

У нас есть неинвазивные методы визуализации, которые позволяют заглянуть внутрь живого мозга, но даже в этом случае существуют ограничения.

Например, магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет получить изображение всего головного мозга и отслеживать как опухоли, так и кровеносные сосуды, но она плохо подходит для изучения функций головного мозга у бодрствующих животных. Оптическая визуализация обеспечивает исключительную детализацию, но не может проникать очень глубоко в мозг.

И ни один метод сам по себе не может показать ученым все, что им нужно увидеть, сразу.

«Крайне важно, — пишут исследователи, — что ни один из существующих методов не позволяет одновременно зафиксировать рост опухоли, ремоделирование сосудов и гемодинамические корреляты нейронной активности в рамках одного совмещенного изображения с сопоставимым пространственным разрешением и глубиной».

Поэтому они решили попытаться объединить три метода в один ультразвуковой метод, который позволяет получить более полное представление о развитии глиобластомы, чем это было возможно в предыдущих попытках.

Первой задачей было выделить глиобластому на фоне окружающей ткани головного мозга на ультразвуковых снимках.

Решение оказалось особенно остроумным приемом биологической инженерии. Некоторые бактерии естественным образом производят маленькие пузырьки газа, называемые газовыми везикулами. Исследователи вырастили клетки глиобластомы человека и модифицировали их бактериальными генами, которые выполняют этот «шипучий» трюк.

Затем они поместили клетки глиобластомы в гидрогелевый фантом — по сути, среду с тканеподобной консистенцией, которая позволила им проверить, помогают ли пузырьки выделять материал глиобластомы под ультразвуковым контролем.

Отметьте галочкой этот пункт как выполненный. Теперь им оставалось только вставить это в мозг. Игорь, принеси мышей.

Для проверки системы на живом мозге исследователи имплантировали созданные ими клетки человеческой глиобластомы в левый таламус трех мышей.

Затем, в течение 11 дней, команда неоднократно использовала трехмодальное ультразвуковое исследование для наблюдения за опухолями по мере их укоренения и роста.

Один из методов использовал газовые пузырьки для обнаружения самой опухоли. Другой отслеживал изменения объема крови, связанные с активностью мозга, а третий использовал крошечные пузырьки, вводимые в кровоток, для составления карты сети кровеносных сосудов вокруг опухоли с исключительной детализацией.

И, что особенно примечательно, этот метод, похоже, сработал.

Мышам проводили ультразвуковое исследование в бодрствующем состоянии, когда они могли передвигаться по мягкой платформе, при этом их головы были зафиксированы таким образом, чтобы свести к минимуму ерзание.

По мере роста и расширения каждой опухоли исследователи смогли отследить, как она в буквальном смысле выталкивала расположенное рядом латеральное коленчатое ядро (ЛКЯ), обрабатывающее визуальную информацию, из его правильного положения.

В то же время, прилив крови, обычно сопровождающий активность в латеральном коленчатом ядре (ЛКЯ) при виде мышью чего-либо, был ослаблен на этой стороне, хотя статистически значимое снижение наблюдалось только у одной мыши; у другой мыши это произошло с обеих сторон.

Затем опухоль изменила структуру кровеносных сосудов. Сосудистая визуализация, проведенная под наркозом, показала смещение и реорганизацию кровеносных сосудов вокруг растущей опухоли.

У единственной мыши, для которой имелись полные данные, кровоток по сосудам вокруг опухоли также замедлился, и появились признаки сужения или закупорки некоторых из них.

И опухоль, казалось, создала свой собственный маленький микрокосм, спрятанный внутри мозга.

Поскольку объем крови, циркулирующей в окружающем мозге, скоординированно менялся, опухоль поддерживала свой собственный ритм, по-видимому, не связанный с тем, что происходило вокруг.

Но на данный момент точно сказать, что именно оно делало и зачем.

Целью данного исследования было проверить, способна ли данная методика отслеживать изменения глиобластомы у живых, бодрствующих мышей с высокой степенью детализации.

Для того чтобы понять, что означают эти изменения и остаются ли они неизменными в более широком круге тем, потребуются дальнейшие исследования.

Есть несколько важных оговорок. Это был экспериментальный вариант, проверяющий концепцию, с участием всего трех мышей, на модели глиобластомы, которая не воспроизводит всей сложной картины этого заболевания у человека.

Следующим шагом станет тестирование методики на большем количестве животных и более реалистичных моделях рака мозга, чтобы проверить, подтвердятся ли странные закономерности, наблюдаемые исследователями.

В дальнейших исследованиях этот метод можно будет также использовать для наблюдения за тем, что происходит при начале лечения – не только за уменьшением размера опухоли, но и за реакцией головного мозга и кровеносных сосудов, связанных с ней.

В конечном итоге исследователи надеются, что наблюдение за тем, как глиобластома строит свое гнездо, покажет им, как его разрушить — веточка за веточкой.