Открытие, опубликованное в выпуске журнала Cell от 24 апреля, раскрывает новый метод, который смертоносные клетки используют для миграции через тело больного раком. Открытие может привести к новым методам лечения, которые помогут держать болезнь под контролем. Работа также указывает на растущую важность изучения того, как клетки ведут себя в трех измерениях, а не только на плоской двухмерной лабораторной посуде.
Основываясь на таких исследованиях лабораторной посуды, исследователи рака пришли к выводу, что опухолевым клеткам необходим актин и другие белки, чтобы образовывать удлинения, похожие на руки, чтобы «ползать» по плоским поверхностям. Считалось, что этот тип путешествий является основным средством распространения рака внутри пациента, и этот процесс называется метастазированием. Основываясь на этом заключении, исследователи работают над способами отключения актина и его молекулярных помощников, надеясь, что это может предотвратить распространение рака.Но в исследовании, опубликованном в 2012 году, команда Джона Хопкинса под руководством Константиноса Константопулоса, заведующего кафедрой химической и биомолекулярной инженерии, обнаружила, что опухолевые клетки могут перемещаться через узкие пространства без использования актина и его биохимических партнеров.
«Это было ошеломляющее открытие, не соответствующее преобладающим представлениям о том, как клетки мигрируют», — сказал Константопулос. «Поэтому мы хотели выяснить, как именно опухолевые клетки могли перемещаться через эти пространства, не полагаясь на актин».Он сотрудничал с Шоном X. Сан, доцентом кафедры машиностроения Джонса Хопкинса, имеющим опыт математического моделирования и физики на микроскопических уровнях.
«Тайна, которую нам нужно было разгадать, — сказала Сан, — заключалась в том, как клетки в этих замкнутых пространствах могли все еще двигаться, если вы убрали их обычный« двигатель », актин».Костантопулос сказал, что Сунь и Хунюань Цзян, постдокторант, работающий в лаборатории Сун, «придумали феноменальную математическую модель, которая дала представление о том, как клетки могут использовать другую систему для перемещения».
Затем Константопулос и другие члены команды, включая Кимберли Строка, научного сотрудника в его собственной лаборатории, использовали микрожидкостную лабораторию на кристалле и методы визуализации для проведения экспериментов, устанавливающих новый механизм миграции, предложенный моделью Сунь и Цзян. В тестах использовались раковые клетки человека и животных.
Строка и Цзян были назначены соавторами итоговой статьи в журнале.Как сообщается в статье, новый «двигатель» опухолевых клеток оказался комбинацией ионов натрия-водорода, белков клеточных мембран, называемых аквапоринами, и воды. Исследователи обнаружили, что в ограниченном пространстве раковые клетки создают поток жидкости, который поглощает воду и ионы на переднем крае клетки и выкачивает их через задний край, продвигая клетку вперед.
В модели актин-зависимой миграции клетка продвигается вперед биохимическим эквивалентом лодочного двигателя. По словам исследователей, механизм на водной основе больше напоминает способ, которым порывы ветра толкают вперед парусную лодку. Команда назвала этот механизм моделью осмотического двигателя.
«Это открытие важно, потому что оно раскрывает одну причину, по которой некоторые болезни, такие как рак, не всегда поддаются определенному лечению», — сказал Константопулос. Сан добавил: «Это потому, что у этих болезней есть избыточные механизмы — более одного метода — миграции по телу».Исследователи из Джона Хопкинса подают заявку на финансирование для проведения дальнейших исследований физических и биологических аспектов модели осмотического двигателя.
Они надеются, что эта работа откроет способ остановить этот биохимический двигатель и предотвратить распространение опухолевых клеток.