Скорость роста клеток и экспрессия генов проливают свет на то, почему некоторые опухолевые клетки выживают после лечения

Скорость роста клеток и экспрессия генов проливают свет на то, почему некоторые опухолевые клетки выживают при лечении
                Инженеры MIT разработали систему, которая может многократно измерять раковые клетки, когда они проходят через множество датчиков массы. Как только клетки достигают конца, их собирают для РНК-секвенирования. Кредит: Массачусетский технологический институт

Изучая как физические, так и геномные особенности раковых клеток, исследователи Массачусетского технологического института придумали новый способ выяснить, почему некоторые раковые клетки выживают при медикаментозном лечении, а другие поддаются.
                                                                                       

Их новый подход, который сочетает в себе измерения клеточной массы и скорости роста с анализом экспрессии гена клетки, может быть использован для выявления новых лекарственных препаратов, которые сделают лечение рака более эффективным. Исследователи утверждают, что использование этих целей может помочь разрушить защитные механизмы, используемые клетками для преодоления первоначальной лекарственной терапии.

В статье, опубликованной в номере журнала Genome Biology от 28 ноября, исследователи определили путь передачи сигналов роста, который активен в клетках глиобластомы, устойчивых к экспериментальному типу препарата, известному как ингибитор MDM2.

«Измеряя массу и скорость роста клетки непосредственно перед секвенированием РНК в одной клетке, теперь мы можем использовать» пригодность «клетки, чтобы классифицировать ее как чувствительную или не реагирующую на лекарство, и связать ее с основными молекулярными путями «говорит Алекс К. Шалек, ассистент профессора химии Pfizer-Laubach по развитию карьеры, член Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института (IMES), заочный член Института интеграционных исследований рака им. Коха и ассоциированный член Рэгон и Широкие Институты.

Шалек и Скотт Маналис, профессор Эндрю и Эрна Витерби на факультетах биологической инженерии и машиностроения Массачусетского технологического института и член Института Коха, являются старшими авторами исследования. Ведущий автор газеты — Роберт Киммерлинг, недавний доктор философии MIT. получатель.

Анализ раковых клеток

Около десяти лет назад лаборатория Маналиса изобрела технологию, которая позволяет исследователям измерять массу отдельных клеток. В последние годы они адаптировали устройство, которое измеряет массы клеток при их прохождении через крошечные каналы, чтобы оно также могло измерять скорости роста клеток путем многократного взвешивания клеток в течение коротких периодов времени.

В прошлом году, работая с исследователями в Институте рака Дана-Фарбер (DFCI), Маналис и его коллеги использовали этот подход для проверки лекарственной реакции опухолевых клеток от пациентов с множественной миеломой, типом рака крови. После обработки клеток тремя различными препаратами исследователи измерили скорости роста клеток и обнаружили, что они коррелировали с восприимчивостью клеток к лечению.

«Биофизические свойства отдельных клеток, такие как масса и скорость роста, обеспечивают ранние показатели реакции лекарственного средства, тем самым предлагая возможность отделить чувствительные клетки от устойчивых клеток, пока они еще жизнеспособны», — говорит Маналис.

В своем новом исследовании исследователи хотели добавить геномный компонент, который, как они надеялись, поможет выяснить, почему только определенные клетки восприимчивы к определенному препарату. «Мы хотели иметь возможность провести эти измерения и добавить некоторые биологические условия, объясняющие, почему клетка растет определенным образом или ведет себя определенным образом», — говорит Киммерлинг.

Для этого Киммерлинг и Маналис объединились с Шалеком, который имеет большой опыт в секвенировании РНК-мессенджера (мРНК) отдельных клеток. Эта информация может предоставить снимок того, какие гены экспрессируются в одной клетке в определенный момент.

Исследователи изменили систему взвешивания клеток таким образом, чтобы клетки проходили равномерно по мере их прохождения, чтобы было проще собирать их по одному, когда они выходят из системы. Клетки взвешивают несколько раз в течение 20 минут, чтобы определить скорость роста, и, как только они достигают конца канала, их немедленно захватывают и разрывают, чтобы высвободить свою РНК для анализа. Затем лаборатория Шалека секвенировала РНК каждой клетки. Этот подход позволил напрямую связать массу и скорость роста каждой клетки с экспрессией ее гена.

После того, как система заработала, исследователи сотрудничали с Китом Лигоном и его лабораторией в DFCI для анализа раковых клеток, полученных от пациента с глиобластомой, агрессивным типом рака мозга. Исследователи обработали клетки ингибитором MDM2, типом препарата, который помогает повысить функцию p53, белка, который помогает клеткам остановить образование опухоли. Такие препараты в настоящее время проходят клинические испытания для лечения глиобластомы. В исследованиях на животных этот препарат эффективен против опухолей, но опухоли часто отрастают позже.

В этом исследовании ученые надеялись выяснить, почему некоторые клетки глиобластомы выживают после лечения MDM2. Они обрабатывали клетки, измеряли скорость их роста примерно через 16 часов после обработки, а затем секвенировали их РНК. «Прежде чем клетки потеряют жизнеспособность, мы можем измерить их массу и скорость роста, чтобы выявить неоднородность лекарственного ответа на это лечение, а затем связать это с экспрессией их генов», — говорит Киммерлинг.

Важно отметить, что исследователи обнаружили субпопуляции клеток, которые не реагировали на препарат. Секвенирование РНК показало, что в клетках, которые реагировали, были включены гены, необходимые для запрограммированной гибели клеток. Между тем, в клетках, которые, по-видимому, не были уязвимы к лекарству, были обнаружены гены, вовлеченные в mTOR, сигнальный путь, участвующий в росте и выживании.

«Что нас здесь волнует, так это то, что у нас теперь есть этот список биологических целей», — говорит Киммерлинг. «Мы можем начать генерировать проверяемые гипотезы из этих сигнатур экспрессии генов, которые более высоко экспрессируются в клетках, которые продолжают расти после медикаментозного лечения».

Возможные мишени для наркотиков

Теперь исследователи планируют изучить возможность нацеливания на некоторые из генов, которые были обнаружены на не отвечающих клетках, в надежде на разработку лекарств, которые можно было бы использовать вместе с оригинальным ингибитором MDM2. Они также надеются адаптировать этот подход для других видов рака. Некоторые, такие как рак крови, легче изучать, чем солидные опухоли, которые сложнее разделить на отдельные клетки.

«Мы надеемся, что мы сможем применить эту технологию к любому образцу, который может быть диссоциирован на популяцию из одной клетки», — говорит Киммерлинг.

Другое возможное применение технологии измерения роста клеток — изучение опухолевых клеток от отдельных пациентов, чтобы попытаться предсказать, как они будут реагировать на конкретное лекарство. Киммерлинг, Маналис и другие основали компанию Travera, которая лицензировала технологию и надеется разработать ее для использования пациентами. По словам Киммерлинга, в настоящее время компания не работает над аспектом секвенирования РНК, но этот элемент также может быть полезным для включения в будущем.

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *