Глиобластома считается одной из самых опасных форм рака мозга. Ученые обнаружили неожиданный фактор, который может усиливать способность ее клеток к распространению. Жидкость у внешних границ опухоли значительно гуще, чем у ее центра, поэтому по мере продвижения в здоровые ткани мозга раковым клеткам приходится преодолевать все большее сопротивление. Однако такая среда не просто замедляет их движение, а, как выяснилось, помогает клеткам приспосабливаться и делает вторжение более успешным.
Чтобы разобраться в этом поведении, исследователи из Народной больницы Чунцина и Чунцинского университета в Китае разработали специальный открытый микрофлюидный чип (устройство с микроскопическими каналами для работы с жидкостями). Результаты их работы опубликовал журнал Microsystems & Nanoengineering. Устройство воспроизводит физические условия, в которых оказываются клетки глиобластомы, и позволяет наблюдать за ними. Оно состоит из двухслойной мембраны со съемной крышкой и решеткой крошечных столбиков. Такая конструкция дает возможность точно задавать момент начала миграции клеток и следить за тем, как меняется форма их ядер при движении в узких пространствах. В отличие от закрытых систем платформа поддерживает непрерывное культивирование клеток до одного месяца.
В ходе экспериментов две линии человеческих клеток глиобластомы, U-251 и LN-229, месяц выращивали в густой жидкости, имитирующей условия на внешнем краю опухоли. Затем клетки изучали с помощью чипа. Те, что приспособились к вязкой среде, двигались быстрее и преодолевали большие расстояния, чем контрольные клетки. Такой результат оказался особенно неожиданным, поскольку более густая жидкость обычно должна мешать движению.
Микроскопические наблюдения показали, как адаптировавшиеся клетки справлялись с сопротивлением. После долгого пребывания в вязкой жидкости они становились меньше и легче деформировались, что позволяло им проходить через узкие промежутки между столбиками устройства. При сжатии в этих проходах ядра клеток заметно меняли форму. Кроме того, внутри ядер накапливался белок YAP, участвующий в восприятии механических сил, — это признак активации путей реакции на физическую нагрузку. Хотя обе линии глиобластомы приобрели схожие изменения формы и подвижности, их молекулярные реакции оказались разными. Клетки U-251 прошли перепрограммирование, похожее на мезенхимальное, и активировали гены, связанные с инвазией рака, включая CD44, FN1 и MMP9. Клетки LN-229, напротив, стали более гибкими и подвижными без существенных стойких изменений в активности генов. Дополнительный анализ показал, что изменения белков сохранялись даже после возвращения клеток в жидкость нормальной вязкости.
Одним из самых неожиданных результатов стало то, что воздействие густой жидкости, по-видимому, оставляет на клетках глиобластомы длительный след. Исследователи предполагали, что вязкость будет действовать в первую очередь как физическое препятствие. Однако эксперименты показали, что после продолжительного воздействия клетки ведут себя иначе даже тогда, когда исходные механические условия убраны. Это указывает на своего рода механическую память, при которой клетки сохраняют изменения, вызванные прежней физической нагрузкой. Открытая конструкция чипа позволила отделить сопротивление самой жидкости от ограничений, создаваемых стенками каналов, и изучить влияние вязкости без дополнительных механических помех.
Помимо выявления ранее недооцененного фактора инвазии глиобластомы, ученые считают, что их устройство может стать полезным инструментом для проверки противораковых препаратов. Платформа помещается в стандартные многолуночные планшеты, поэтому ее можно встроить в существующие лабораторные процедуры культивирования и визуализации клеток. Открытая конструкция позволяет напрямую окрашивать клетки и наблюдать за ними в течение долгого времени без засорения, которое случается в закрытых системах. Для глиобластомы результаты указывают на то, что среда с высокой вязкостью может благоприятствовать клеткам, лучше приспособленным к инвазии. Поэтому препараты, воздействующие на сигнальный путь YAP или на перестройку цитоскелета (внутреннего каркаса клетки), можно было бы изучать в условиях, более близких к тем, что складываются внутри опухолей.