Разработаны оптические методы диагностики для изучения опухолевых клеток

Разработаны оптические методы диагностики для изучения опухолевых клеток

Результаты получаются быстрее, чем при гистопатологических исследованиях

Глубокие изменения в метаболизме раковых клеток известны уже почти 100 лет, и многие аспекты этих изменений ученые продолжают активно изучать и обсуждать. Оптические методы диагностики широко используются в биологии и медицине для обнаружения патологических состояний биотканей.

Раковые клетки

Фото: NCI / unsplash.com

Команда сотрудников лаборатории клеточной физиологии и патологии Научно-технологического центра биомедицинской фотоники ОГУ им. И. С. Тургенева, Орловской областной клинической больницы и Университетского Колледжа Лондона UCL (Великобритания) опубликовала статью об изучении опухолевых клеток «Detection of NADH and NADPH levels in vivo identifies shift of glucose metabolism in cancer to energy production» в журнале FEBS Journal (Q1, IF 5.622).

Работа посвящена исследованию метаболических изменений в тканях опухоли печени ex vivo в мышиной модели гепатоцеллюлярной карциномы и in vivo у пациентов с этим диагнозом. Ученые исследовали особенности метаболизма в срезах паренхимы и опухоли печени лабораторных животных, имеющих смоделированную патологию (гепатоцеллюлярную карциному), а также непосредственно у пациентов с таким диагнозом. Оригинальный подход к анализу данных позволил установить, что метаболическая перестройка в раковых клетках идет в основном по пути изменения энергетического обмена — в частности, увеличения интенсивности гликолиза.

Для исследований ученые использовали метод флуоресцентной спектроскопии. Термин «оптическая биопсия» — устоявшееся понятие в данной области исследования. Метод флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением является методом оптической биопсии и не отличается от него, так как является его разновидностью. Особенностью данного исследования было то, что в ОГУ разработали подход регистрации сигналов затухания сигнала флуоресценции через тонкоигольный зонд, совместимый со стандартными иглами для проведения чрескожной биопсии печени.

Полученные результаты показали повышение уровня кофермента NADH (в основном отвечающего за энергетический обмен) не только в опухолях, как ожидалось, но и в окружающих тканях печени. При этом в тканях опухоли также было выявлено снижение уровня NADPH, производства активных форм кислорода и глутатиона. Таким образом, глюкозозависимая продукция NADH и NADPH в опухолях претерпела заметный сдвиг в сторону производства энергии, а не синтеза NADPH для поддержания окислительно-восстановительного баланса.

Продолжение исследований будет направлено на набор клинических данных и поиск связей между метаболическими изменениями, типом опухоли печени (первичная или метастазы) и ее агрессивностью.

Работа, объединяющая в себе создание устройства для регистрации времени жизни флуоресценции через тонкоигольный зонд и анализ данных с точки зрения биоэнергетики клетки, выполнена в рамках проекта Российского научного фонда №21–15–00325 «Разработка мультимодальной оптической диагностической технологии для анализа структурно-функционального состояния печени при чрескожной пункционной биопсии», а также при поддержке мегагранта по проекту №075–15-2022–1095 «Митохондрии как мишени в механизме нейродегенеративных заболеваний».

Елена Потапова, старший научный сотрудник Научно-технологического центра биомедицинской фотоники ОГУ им. И. С. Тургенева, ответила на вопросы «Ъ-Науки»:

— Какие методы исследования используют для диагностики и изучения опухолей?

— В настоящее время диагностика рака печени основана на результатах проведения лабораторных и инструментальных исследований. Лабораторные методы исследования включают в себя анализ крови для определения показателей функциональной активности печени и онкомаркеров. Инструментальные методы диагностики позволяют уточнить распространение опухолевого процесса и его стадию. К ним относятся компьютерная томография, ультразвуковое исследование, магнитно-резонансная томография с контрастированием. В случае, если при подозрении на онкологию диагноз остается неясным после обследования вышеперечисленными методами или же требуется гистопатологическое исследование для определения стадии опухолевого процесса, проводится биопсия печени. Изучение опухолей в научных лабораториях проводится большим количеством методов в зависимости от поставленных задач — в частности, к ним относятся микроскопия и иммуногистохимическое исследование.

— Почему ученые выбрали для исследований метод флуоресцентной спектроскопии?

— Метод флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением является одним из методов оптической биопсии, используемых для мониторинга клеточного и тканевого метаболизма. Эта технология чувствительна к межмолекулярным взаимодействиям и позволяет распознавать эндогенные флуорофоры с перекрывающимися спектрами. Например, НАДН имеет компоненты с коротким и долгим временем жизни в зависимости от его статуса связывания с белками.

В нашем проекте мы разработали устройство, позволяющее регистрировать спектры затухания флуоресценции через тонкоигольный зонд, что позволило изучать метаболические процессы в опухоли печени непосредственно во время проведения чрескожной пункционной биопсии печени.

— Как, на ваш взгляд, можно будет использовать полученные результаты исследования в будущем?

— Возможность непосредственно in vivo изучать метаболический сдвиг в опухолевых клетках открывает широкие возможности как для диагностики и уточнения дальнейшей стратегии лечения пациентов, так и для поиска терапевтических стратегий лечения онкологии. В настоящее время мы продолжили работу по изучению связи типа опухоли печени (первичная или метастазы) и ее агрессивностью (доброкачественная и злокачественная) с метаболизмом и разработали метод классификации, что позволит врачу иметь предварительное представление о диагнозе еще до получения результатов гистопатологического исследования биопсийного материала.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки