Тем не менее, у исследователей и клиницистов нет неинвазивного способа даже обнаружить ранние клетки, которые предвещают более позднее заболевание. «Не существует теста на ПСА для рака поджелудочной железы», — говорят они, и это одна из основных причин, почему рак поджелудочной железы обнаруживается так поздно. Они искали модель раннего прогрессирования болезни на человеческих клетках. Теперь ученые из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета использовали технологию стволовых клеток для создания исследовательской линии клеток пациента с запущенной аденокарциномой протока поджелудочной железы (PDAC).Эта первая в своем роде модель прогрессирования рака поджелудочной железы на человеческих клетках была опубликована на этой неделе в журнале Cell Reports лаборатории Кена Зарета, доктора философии, профессора клеточной биологии и биологии развития.
«Это первый пример использования индуцированных плюрипотентных стволовых [iPS] клеток для моделирования прогрессирования рака непосредственно из солидной опухоли и первая линия клеток человека, которая может моделировать прогрессирование рака поджелудочной железы от ранней до инвазивной стадии», — говорит Зарет, также заместитель директора Института регенеративной медицины Пенсильвании.«Мы смогли предсказать появление клеточных особенностей и белковых маркеров на промежуточных стадиях рака поджелудочной железы, которые не проявляются на терминальных стадиях. Это дало нам новые взгляды на то, как выглядит этот смертоносный тип рака — то, что никто ранее наблюдалось в клетках человека. Наш анализ выявил известные молекулярные сети, которые активируются во время прогрессирования PDAC, а также новую молекулярную сеть, которая активируется на промежуточных стадиях.
Это может дать свежий взгляд на биомаркеры на ранних стадиях заболевания. "Прыжок верыЗарет и первый автор Юнгсун Ким, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Зарета, выдвинули гипотезу, что если человеческие клетки PDAC будут перепрограммированы обратно в плюрипотентные клетки, а затем позволят повторно дифференцироваться в ткань поджелудочной железы, они могут претерпеть ранние стадии рака. Для этого они создали плюрипотентные клетки PDAC и действительно обнаружили, что они воспроизводят ранние и промежуточные стадии рака поджелудочной железы.
Затем они изолировали клетки на ранней стадии, культивировали клетки in vitro и идентифицировали секретируемые и высвобождаемые белки, которые могут служить биомаркерами ранней стадии прогрессирования заболевания.Однако есть одно предостережение, — говорит Зарет. «Используя метод iPS, мы смогли получить линию раковых клеток только от одного пациента для перепрограммирования, что означает, что эта работа является репрезентативной для рака одного человека», — отмечая его тесное сотрудничество с Джоном Хоффманом, хирургом из онкологического центра Фокса Чейза (FCCC). ) был ключом к получению свежих раковых клеток для перепрограммирования.
Они опробовали этот метод на клетках девяти опухолей человека. Однако, как указывает Зарет, существует множество примеров того, как одна линия клеток человека служила очень полезной моделью человеческого заболевания.
«Наши iPS-подобные клетки проявляли плюрипотентность, как и другие стволовые клетки, но когда они дифференцировались после того, как мы вводили их иммунодефицитным мышам, они преимущественно развивались в клетки рака поджелудочной железы на ранней стадии», — говорит Зарет. Он объясняет, что этот подход является еще одним примером использования iPS-клеток от пациентов-людей для моделирования болезни путем захвата генома пораженного человека.
Однако это первый случай солидных раковых опухолей, в то время как многие другие лаборатории разработали эти типы клеточных линий для лечения неврологических и сердечно-сосудистых заболеваний.Визуальные характеристики этих раковых клеток — по мере их прогрессирования от ранней к поздней стадии рака — типичны для того, что можно увидеть в клетках, анализируемых у онкологических больных в клинике в настоящее время. На ранней стадии протоки поджелудочной железы имеют поражения с клетками аномальной формы и экспрессируют характерные белки, измеренные с помощью окрашивания.
Со временем некоторые из этих аберрантных клеток могут чрезмерно разрастаться, терять свои протоковые характеристики и становиться инвазивными.Когда человеческие PDAC iPS-клетки выращивают в виде повреждений у мышей, они секретируют или высвобождают белки, соответствующие белковым сетям, экспрессируемым во время прогрессирования рака поджелудочной железы человека, а именно молекулы, сосредоточенные на трех ключевых белках: HNF4, интегрине и TGFbeta.
«Мы предлагаем искать в крови потенциальных пациентов с раком поджелудочной железы или пациентов с относительно ранней стадией заболевания биомаркеры, которые мы обнаружили ниже по течению от этих молекулярных сетей, чтобы увидеть, присутствуют ли они у людей», — говорит Зарет.Изготовление моделиЭтот подход позволяет непосредственно изучать человеческие клетки, в отличие от изучения характеристик прогрессирования рака поджелудочной железы на животной модели, а затем необходимости оценивать, применимы ли результаты к людям.
Клетки, полученные от больного раком, перепрограммировали с использованием четырех факторов Яманака, содержащихся в лентивирусе, который был адаптирован лабораторией Zaret.Чтобы увидеть, что происходит при перепрограммировании на генетическом уровне, команда сравнила геномную структуру ранней линии iPS-клеток рака поджелудочной железы с исходными опухолевыми клетками, из которых была выделена клеточная линия. Они обнаружили 23 хромосомных аберрации в первичных опухолевых клетках по сравнению с 20 такими же хромосомными аберрациями в линии PDAC iPS, демонстрируя, что линия PDAC iPS была получена из исходных опухолевых клеток.
Напротив, никаких хромосомных аберраций не наблюдалось в клетках, взятых с края опухоли в свободной от рака части поджелудочной железы пациента, а также в линии iPS, которую группа Zaret сделала из краевых клеток.Эти наборы сравнений позволили команде непосредственно наблюдать изменения в клеточной линии рака поджелудочной железы по сравнению с нормальной клеточной линией, полученной из того же генетического фона человека.«Мы понимаем, что область рака поджелудочной железы преследовалась путем поиска уникальных маркеров в крови, которые обнаруживают заболевание на ранней стадии, и мы надеемся, что этот подход к прогрессированию живых клеток даст нам новый способ увидеть ранние молекулярные маркеры рака поджелудочной железы», — говорит Зарет.«Поскольку мы можем обнаружить высвободившиеся белковые маркеры по крайней мере трех различных сетей из ранней стадии человеческих поражений в нашей модели, мы думаем, что поиск маркеров в крови одновременной активации трех путей вместо одного маркера может обеспечить лучший результат. в обнаружении.
Новую модель также можно использовать для тестирования лекарств, которые блокируют промежуточные стадии заболевания. Мы также хотели бы знать, как нам повезло с этой линией клеток, чтобы технология iPS могла быть адаптирована для моделирования других человеческих раки ". Исследование финансировалось Национальным институтом общих медицинских наук через награду NIH Merit Award (R37GM36477).
Другими соавторами являются Р. Кэтрин Альпо, Эндрю Д. Рим, Максимилиан Райхерт, Бен З. Стангер, Эмма Э. Фурт, Антония Р. Сепульведа, Чао-Син Юань, Кён-Джэ Вон, Грег Донахью и Джессика Сэндс, все от Пенна и Эндрю А. Гамбса из FCCC.