«Опухоль в чашке Петри» повысит эффективность лечения рака груди
Одной из трагических особенностей рака является тот факт, что используемые для его лечения препараты высокотоксичны, а их эффективность варьирует в значительном диапазоне от пациента к пациенту. Однако новая технология «опухоль в чашке Петри», разработанная исследователями университета Вандербилта, позволит изменить положение вещей за счет возможности быстрой оценки эффективности комбинаций противоопухолевых препаратов на клетках опухоли пациента до начала химиотерапии.
По данным Американского онкологического сообщества, рак молочной железы занимает второе место по онкологической смертности среди женщин, уступая только раку легких. Первичный протокол лечения этого заболевания зависит от результатов биопсии, применяемой для определения типа опухоли. Эффективность лечения оценивается спустя 2-3 месяца по динамике размера опухолевого очага. При этом от 33% до 43% опухолей не реагируют на стандартные терапевтические протоколы, и женщин приходится переводить на альтернативные комбинации препаратов.
На сегодняшний день в распоряжении врачей находится более 100 различных противоопухолевых препаратов, однако только 10-15 из них используются в рутинной работе. По словам руководителя исследования профессора Мелиссы Скала (Melissa Skala), разработчики надеются, что новая технология позволить значительно повысить выживаемость при раке молочной железы благодаря подбору наиболее эффективного и наименее токсичного варианта химиотерапии для каждой пациентки.
Традиционные методы культивирования опухолевых клеток подразумевают создание монослоя клеток, который ведет себя совсем не так, как исходная опухоль. Поэтому для изучения закономерностей злокачественного роста исследователи разрабатывают технологии культивирования трехмерных опухолевых органоидов, закономерности поведения которых отражают поведение исходных опухолей.
Первый этап нового метода «опухоль в чашке Петри» заключается в дроблении опухолевой ткани, удаленной при хирургической операции или биопсии, на мелкие фрагменты и их помещении в специальный коллагеновый гель. Такие условия обеспечивают сохранение трехмерной структуры опухоли, включающей вспомогательные клетки ее микроокружения.
Для оценки метаболической активности опухолевых органоидов применяется метод, известный как оптическая визуализация метаболических процессов. Для этого используется лазер, настроенный на частоту, заставляющую флуоресцировать два основных клеточных фермента. Оценка вариаций интенсивности этой флуоресценции обеспечивает получение динамической информации о клеточном метаболизме, являющемся чувствительным биомаркером реакции клетки на лекарственные препараты. Применение этого теста позволяет оценивать реакцию опухолевых органоидов на терапию в течение 24 часов. При этом размер чувствительных к терапии органоидов начинает уменьшаться в течение 72 часов.
Профессор Скала отмечает, что новый метод не требует больших финансовых и временных затрат. Более того, он пригоден для скрининга с высокой пропускной способностью и может использоваться для одновременного тестирования десятков препаратов или их комбинаций.
Органоиды из клеток человеческих опухолей, реагирующие на терапию,
начинают уменьшаться в течение 72 часов (внизу);
устойчивые органоиды (вверху) продолжают расти.
Метод также позволяет оценивать реакцию каждой отдельной клетки опухолевого органоида. Этот момент очень важен, так как опухоли отличаются друг от друга, а входящие в их состав клетки могут по-разному реагировать на терапию. Если препарат уничтожает только 90% опухолевых клеток, оставшиеся в живых 10% клеток могут сформировать новую устойчивую к лечению опухоль.
Разработчики уже протестировали свой метод на мышах и на шести образцах человеческих опухолей с использованием четырех химиопрепаратов, традиционно приеняемых для лечения рака молочной железы, а также двух экспериментальных препаратов. Следующим этапом будет тестирование большего количества человеческих опухолей и сравнение полученных результатов с реакциями пациентов на терапию. Авторы надеются, что если полученные данные позволят валидировать результаты применения нового теста, клиницисты смогут воспользоваться им уже через 5-10 лет.
Флуоресцентные изображения органоидов рака молочной железы демонстрируют уровень метаболической активности, в частности механизмов, посредством которых клетки получают энергию, необходимую им для деления. Голубой цвет соответствует низкому уровню активности, а оранжевый – высокому.
На двух верхних изображениях представлены органоиды из клеток мышиного рака молочной железы, обработанные противоопухолевым препаратом трастузумабом. Факт преобладания голубого цвета свидетельствуют о том, что препарат подавляет их рост.
На двух нижних изображениях представлены органоиды, состоящие из двух различных типов клеток человеческого рака молочной железы: трижды-негативных – слева и экспрессирующих эстрогеновые рецепторы – справа.
После валидации метода для опухолей молочной железы разработчики планируют расширить его возможности для прогнозирования результатов терапии рака поджелудочной железы. Это заболевание встречается достаточно редко, однако отличается исключительно высокой смертностью, составляющей 7% от общей смертности от онкологических заболеваний.
Статья Alex J. Walsh et al. Quantitative Optical Imaging of Primary Tumor Organoid Metabolism Predicts Drug Response in Breast Cancer опубликована в журнале Cancer Research.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Vanderbilt University:
Improving breast cancer chemo by testing tumors in a dish.
31.10.2014