Исследователи Донского государственного технического университета и Ростовского государственного медицинского университета изучают глиальные клетки опухолей головного мозга – их свойства, характеристики, параметры, состав, чтобы разработать новые методы терапии. В состав научного коллектива вошли нейробиологи, нейроонкологи, гистологи, специалисты по электронной и конфокальной микроскопии из ДГТУ и РостГМУ.
Основная задача исследования – изучение поведения щелевых, или межклеточных контактов (см. справку) для всех типов опухолей головного мозга – доброкачественных и злокачественных, в частности, фатальной глиобластомы. У каждого типа опухоли своя специфика распределения щелевых контактов и характеристики коннексинов – белков, из которых состоят межклеточные контакты (см. справку). По мнению ростовских ученых, отталкиваясь от детальной информации о белках в глиальных клетках, можно будет начать поиск наиболее эффективного терапевтического воздействия на опухоли.
Исследователи обнаружили, что опухолевые клетки формируют так называемый синцитий – межклеточную сеть при помощи щелевых контактов, состоящих из белков коннексинов в глиальных клетках различных типов опухолей.
– Нейроны и глиальные клетки – основные клеточные единицы центральной нервной системы. Между нейронами располагаются синапсы –cпециализированные контакты, выполняющие функцию передачи электрического сигнала от одной клетки к другой, – комментирует заведующий кафедрой биоинженерии ДГТУ, д. биол. н. Евгения Кириченко. – Глиальные клетки ЦНС, по современным данным, имеют не менее важное значение, чем нейроны. Их можно назвать помощниками нейронов – они входят в состав гематоэнцефалического барьера, снабжают необходимыми веществами нейроны, участвуют в процессах регуляции, защиты, регенерации и даже обучения нервной ткани. Глиальные клетки соединены щелевыми контактами, которые могут быть в закрытом и открытом состоянии и объединяют глиальные клетки между собой в так называемый «синцитий» или общее пространство. В состав щелевых контактов входит белок коннексин. В каждом органе свой тип коннексина, имеющий свои полиморфизмы – варианты последовательностей ДНК.
Согласно ВОЗ, любая глиальная опухоль в головном мозге – фатальное заболевание, лечения от которого не существует, и единственный способ избавления от опухоли – ее удаление. Но не всегда это возможно, особенно если опухоль располагается глубоко под корой головного мозга. Поэтому столь важна разработка методик неинвазивного лечения опухолевых образований.
По словам Евгении Кириченко, в головном мозге располагаются центры управления дыханием, пищеварением, сердечной деятельностью, и, если опухоль находится в одной из таких жизненно важных зон, это несет прямую угрозу жизнедеятельности организма. Продолжительность жизни человека с такого рода опухолью – от 3 до 8 месяцев. В случае удаления опухоли и дальнейшей химио- и лучетерапии можно продлить жизнь в среднем на 1 год.
– Выявление значительного количества щелевых контактов в глиомах будет свидетельствовать в пользу гипотезы о способности опухолевых глиальных клеток интегрироваться в окружающие нейрональные и нейро-глиальные сети мозга. Основой этой гипотезы стало открытие глютаматергических синапсов между клетками глиомы и пресинаптическими окончаниями нейронов. Существование таких нейро-глиомных синапсов способствует пролиферации опухоли, ее росту и устойчивости. Предположительно, возбуждающий сигнал, возникающий в синапсе между глютаматергическим нейроном и опухолевой клеткой глиального происхождения, передается другим опухолевым клеткам через сети щелевых контактов, распространяя нейрональную активность, – подчеркнула Евгения Кириченко.
Опухолевые клетки активно мутируют. Но ученые, занимающиеся исследованием опухолей, постепенно распутывают клубок этих мутаций.
Для исследователей важно знать, открыты или закрыты щелевые контакты в опухоли, что происходит с белками коннексинами, которые входят в состав глии. Если щелевые контакты в опухоли закрыты, то они являются инструментом для обмена опухолевыми факторами внутри самой опухоли, которая ломает механизм клеточной гибели. Клетки не отмирают, они обмениваются друг с другом этим фактором. Так возникает необходимость закрытия щелевых контактов. С другой стороны, при закрытии этих контактов возникает потребность в их открытии с целью допуска факторов гибели клеток в опухоль. Для того чтобы закрыть щелевые контакты, используются специальные блокаторы, такие как карбеноксолон, высокооктановые спирты, а также другие вещества, повышающие уровень pH. Так как коннексины существуют не только в головном мозге, применять эти средства на весь организм нежелательно: есть риск закрытия щелевых каналов в других органах и тканях. На каждый коннексин, в зависимости от полиморфизмов (вариантов последовательностей ДНК), применяется отдельный препарат с целью открытия или закрытия щелевых каналов.
– Мы будем изучать небольшие фрагменты опухолей мозга, которые будут обработаны специфическими антителами к белку коннексину 43-го типа и к белкам цитоскелета глиальных опухолей, – отметила Евгения Кириченко. – Итоги исследований могут быть приняты во внимание при составлении прогноза выживаемости на основе данных о количестве белков-коннексинов и их функций, реакции коннексинов при реакции опухоли на терапию, а также для разработки индивидуальных генно-модифицированных терапевтических препаратов для лечения глиом.
В рамках исследования ученые ДГТУ тесно сотрудничают с коллегами из Пуэрто-Рико, которые занимаются изучением полиаминов – молекул, имеющих несколько аминных групп. Полиамины интересны тем, что некоторые из них могут взаимодействовать с белками коннексинами, тем самым открывая или закрывая щелевые контакты.
– В результате реакции «антиген-антитело» на белок наносится метка, и продукты этой реакции можно увидеть глазом как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне. В результате получается большое число фотографий, содержащих информацию об опухоли, окрашенных клетках глии, белке коннексина, полиаминах и т. д., – рассказала Евгения Кириченко. – Также можно построить карту или 3D-модель структуры самой опухоли, на которых будет виден количественный состав клеток и их распределение.
Сейчас коллектив ученых занимается подготовкой материалов к микроскопическому изучению, ведется работа по подготовке совместной статьи с учеными из Пуэрто-Рико, посвященной изучению коннексинов и полиаминов не только в опухолях, но и при нейродегенеративных заболеваниях.
В дальнейшем ученые планируют составить Атлас ультраструктуры глиальных опухолей головного мозга. Подобных атласов на сегодняшний день не существует.
Образцы опухолей для исследований будут предоставлены кафедрой нервных болезней и нейрохирургии РостГМУ в рамках межвузовского соглашения о сотрудничестве в сфере научных исследований и образования.
Исследование проводится в рамках гранта РФФИ (2022-2023 гг.) «Иммунофлюоресцентное, электронномикроскопическое, электронноиммуногистохимическое и морфометрическое исследование щелевых контактов в глиальных опухолях головного мозга человека».