Диагностика раковых клеток с помощью атомно-силовой микроскопии | Наука 21 век

Наука 21 век » Диагностика раковых клеток с помощью атомно-силовой микроскопии





Диагностика раковых клеток с помощью атомно-силовой микроскопии

Декабрь 6th, 2012

 Принципиально важен вопрос о ранней диагностике онкозаболеваний по серологическим маркерам. Однако данные современных клинических исследований показывают, что серологические тесты часто дают как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты (Stamey et al, 2004). Эти данные говорят об острой необходимости проведения фундаментальных исследований для поиска альтернативных возможностей ранней диагностики онкозаболеваний.

В процессе злокачественной трансформации у клеток и тканей проявляются такие характеристики, как экспрессия эмбриональных антигенов (Абелев с соавт., 1963), неконтролируемый быстрый рост, стимулирование роста кровеносных сосудов (ангиогенез), инвазивность и способность к метастазированию (Hanahan and Weinberg, 2011). Изучение процесса метастазирования привело к накоплению большого объёма данных, свидетельствующих о важности механических свойств клеток при злокачественной трансформации (Lekka et al., 2012). Под механическими свойствами главным образом понимается жесткость клеток (часто используются аналогичные понятия: упругость, модуль упругости, модуль Юнга). Известно, что жесткость клеток определяется, прежде всего, строением актинового цитоскелета (рис. 1). Актиновый цитоскелет представляет собой сеть, образованную фибриллами актина (микрофиламентами), стабилизированную актинсвязвающими белками, и составляющую, наряду с другими элементами цитоскелета, клеточный каркас (Goode and Eck 2007). Актиновый цитоскелет отвечает за форму клетки, её способность к образованию выростов и за клеточную подвижность. Повышенная подвижность метастазирующих клеток, по-видимому, обеспечивается особенностями строения их актинового цитоскелета (Olson and Sahai, 2009). Эти же особенности ведут к существенному изменению механических свойств (жесткости) опухолевых клеток. Следует отметить, что все живые клетки являются очень мягкими объектами, в миллиарды раз мягче стали. Кроме того, клетки имеют очень малые размеры (сотни микрометров), и поэтому требуются особые подходы и методы для измерения их механических свойств in vitro.

                                                 
                                           Рис. 1 Строение и динамика актинового цитоскелета.

Для этой цели хорошо зарекомендовал себя метод атомно-силовой микроскопии (АСМ) (Efremov et al., 2011). Принцип действия атомно-силового микроскопа заключается во взаимодействии наноразмерной иглы (кантилевера) с образцом. Благодаря особенностям конструкции с помощью атомно-силового микроскопа можно анализировать отдельные клетки и измерять силы порядка наноНьютон (Muller and Dufrene, 2008). Для измерения механических свойств объекта проводят его индентирование (продавливание) зондом. Чем тверже объект, тем сильнее он сопротивляется продавливанию. При работе с клетками острую иглу заменяют сферой микрометровых размеров для обеспечения более мягкого воздействия на поверхность (рис. 2).

             
                                                 
                              Рис. 2. Измерение механических свойств клетки с помощью АСМ.

С помощью АСМ было обнаружено, что раковые клетки намного мягче здоровых (Cross et al., 2007). По-видимому, пониженная жесткость и высокая эластичность помогают метастазирующим клеткам перемещаться во внутри ткани и проходить через стенки сосудов. В случаях, когда клетки при онкотрансформации не меняют своей морфологии, стандартные гистологические методы не могут обнаружить наличие опухоли. Недавно было предложено использовать жесткость в качестве маркера для выявления раковых клеток на ранних стадиях заболевания и оценки их метастатического потенциала (Lekka et al., 2012). Для анализа могут использоваться не только отдельные клетки пациента, но и небольшие кусочки ткани. Жесткость опухолевых клеток не зависит от морфологии (Lekka et al., 2011).

Таким образом, развитие и внедрение технологии измерения механических свойств клеток с помощью АСМ в медицинскую практику может принести огромную пользу врачам при диагностике рака и выборе вариантов лечения. Это метод в комбинации с другими техниками может использоваться также для установления причин, ведущих к перестройке цитоскелета опухолевых клеток, и для поиска новых молекулярных мишеней, направленных на предотвращение метастазирования.

Автор проекта «Комплексный физико-химический подход к изучению актинсвязывающих белков как потенциальных молекулярных мишеней для терапевтического воздействия при раке простаты», победитель конкурса "Авангард знаний": Соколова Ольга Сергеевна

•кандидат биологических наук, доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ;
•уже шесть лет работает на кафедре биоинженерии. До этого в течение двух лет Ольга Соколова работала в частной фармацевтической компании в Москве, а до этого была постдоком в одном из университетов Бостона;
•победитель Конкурса научных работ «Авангард знаний-2012» в номинации «Новые методы исследования»,организованного международной биофармацевтической компанией «АстраЗенека»
•специализируется на структурных исследованиях макромолекулярных комплексов, в частности, актинсвязывающие белки, принимающие большое участие в развитии онкологических заболеваний, с использованием электронной микроскопии.

Контакты:sokolova@mail.bio.msu.ru; 8 916 484 12 51

 







Повышение квалификации. Основы интеллектуальной собственности