Клетки-террористки против клеток-саперов

Порой действия одной-единственной клетки могут напоминать поведение целой группы многоклеточных существ, наделенных органами чувств, а также способностью мыслить и действовать. К такому предположению подводит опубликованная в «The Journal of Cell Biology» статья французских ученых во главе с Филиппом Шавре, который руководит группой динамики мембраны и цитоскелета в Институте Кюри. А изучали они способность раковых клеток проникать сквозь оболочку эпителия, которая окружает любой орган в теле многоклеточного существа.

Вообще-то клетки ткани и сами по себе плотно прижаты друг к другу. Но по границе органа расположена гораздо более плотная пленка клеток — эпителий. Без нее ни один орган правильно работать не будет. В частности, эта пленка предохраняет клетки одной ткани от нежелательного проникновения клеток другой. А желательным такое проникновение бывает только во время эмбрионального развития. Во взрослом же организме подобную способность приобретают лишь некоторые особо злостные клетки раковой опухоли. Возникает самое страшное для больного метастазы. Вот за такими клетками и следили французские ученые.

Оказывается, чтобы пройти сквозь эпителий, клетка действует подобно отряду саперов, готовящих штурм крепости. Наткнувшись на стенку, клетка приступает к приготовлению подкопа вытягивает своеобразный отросток, инвадоподию. Эта инвадоподия выпускает заряды: капсулы, наполненные протеазами — специальными ферментами, которые предназначены для разрушения мембран клеток и белков, связывающих их воедино. Однако как же заряд достигает инвадоподии и не вредит прежде всего самой клетке-злодейке? Во-первых, их помещают в оболочки из белков. А во-вторых, приделывают транспортные белки, которые и обеспечивают быструю доставку заряда к подрываемой стенке. Французские ученые сумели определить, что этих белков три — sec3, sec8 и IQGAP1. Казалось бы, все на месте: подкоп сделан, бочки с зарядом заложены, чего же не хватает? Правильно, запала. В его роли оказывается выпускаемый инвадоподией белок Vamp7. Придя в соприкосновение с оболочкой заряда и мембраной клетки эпителия, он соединяет их, и протеазы наконец могут приступить к своей разрушительной работе. В эпителии появляется отверстие, сквозь которое раковая клетка протискивается и обретает новое жизненное пространство.

Вся эта операция выглядит очень тщательно спланированной, и возникает недоумение: каким образом клетка «сошедшая с ума», у которой весь генетический аппарата работает не так, как положено, с многочисленными ошибками, может осуществить такие целенаправленные действия. Ученые же надеются, поняв детали этой подрывной операции, найти способ надежной защиты от нее.

Клетка рака груди в слое геля проделала дырку и потихоньку протискивается в нее Фото: Renaud Poincloux & Philippe Chavrier/CNRS/Institut Curie

А если у клетки заблокировать действие протеаз, разрушающих базовую мембрану, то никаких дырок в геле, который моделирует эпителиальную оболочку, клетка проделать не может

Если раковые клетки, как видно из предыдущего сюжета, способны действовать подобно саперам, то против них люди рассчитывают применить методы из арсенала террористов. Вот как рассуждают ученые из Техасского университета во главе с профессором Дерилом Тройером.

В так называемом студне Вартонов — эмбриональной соединительной ткани, которая окружает пупочные кровеносные сосуды, находится несметное количество стволовых клеток. У этих клеток есть интересное свойство: они притягиваются к клеткам раковой опухоли. Видимо, последние выделяют какие-то вещества, которые стволовая клетка может почувствовать даже на большом расстоянии. Зачем раковая клетка так делает, понятно: опухоли нужно выращивать вокруг себя сеть кровеносных сосудов, чтобы обеспечить питанием увеличивающееся население.

Техасские же ученые решили использовать это свойство стволовых клеток пуповины для доставки лекарства. В общем-то есть немало работ по контролируемой доставке лекарств в опухоль, однако на использование живых организмов, которых к конечной цели влечет сама судьба, никто вроде пока не решился.

Как бы то ни было, низкомолекулярное противораковое вещество коллега Тройера — профессор Дуй Хуа упаковывал в гелевую оболочку и получал наночастицы препарата. Гель же был построен из двух полимеров, с тем чтобы, попав в среду с большим, чем в цитоплазме клетки, количеством воды, он распадался и освобождал лекарство. Для опытов в него вводили еще и флюоресцентный краситель: он помогал следить за перемещениями получившегося высокоточного клеточного оружия.

Стволовая клетка, начиненная наночастицами, достигала опухоли и там погибала из-за добавок еще одного вещества, предназначенного для уничтожения только таких стволовых клеток, последние были специально подготовлены, чтобы погибнуть после такой встречи. Наночастицы оказывались на свободе, гель распадался, и лекарство действовало на опухоль. Сейчас ученые закончили первый этап исследования и приступают к доклиническим испытаниям.

«Множество низкомолекулярных веществ, которые могли бы стать неплохими противораковыми средствами, нельзя применять, потому что они либо нерастворимы, либо очень ядовиты. Мы надеемся, что эти вещества удастся вовлечь в оборот с помощью нашей прицельной системы доставки лекарств», — говорит профессор Тройер.

В стволовые клетки (зеленые) ввели наночастицы (красные), содержащие доксорубицин. Этот препарат часто применяют при химиотерапии, но в свободном виде он повреждает клетки сердца Фото: University of Texas