По словам исследователей из Массачусетской больницы общего профиля (MGH), развивающееся понимание рака, которое включает физические свойства опухолей и окружающих их тканей в существующие биологические и генетические модели, может направить исследователей рака по ранее неизведанным направлениям, потенциально ведущим к новым лекарствам и новым стратегиям лечения. , Гарвардская медицинская школа (HMS) и Центр Людвига в HMS.
"Мы считаем, что прогресс в исследованиях рака зависит от тесного сотрудничества между биологами-онкологами, онкологами, физиками и инженерами. Всестороннее понимание физических признаков рака требует строгого и широкого взгляда, охватывающего физические и биологические науки," говорит Ракеш К. Джайн, доктор философии.D., следователь Эдвина Л. Лаборатории Стила в отделении радиационной онкологии MGH и HMS.
В обзоре, опубликованном в журнале Science, коллеги из Jain and Steele Laboratories Хади Т. Ниа, доктор философии.D., и Лэнс Л. Манн, доктор философии.D., описать четыре различных физических признака рака, которые влияют как на раковые клетки, так и на микросреду опухоли, способствуя как росту опухоли, так и развитию устойчивости к мощным противораковым препаратам.
Одна широко принятая модель рака утверждает, что нормальная клетка не работает из-за генетических мутаций или воздействия окружающей среды. В этой модели измененная клетка начинает бесконтрольно реплицироваться и захватывает нормальные ткани, демонстрируя восемь отличительных признаков, которые включают способность стимулировать и поддерживать рост опухолей, уклоняться от попыток иммунной системы подавить рост, стимулировать приток крови к опухолям и вторгаться в них. местные ткани и метастазы (распространение) в других частях тела.
Но эта модель не учитывает, как физические процессы влияют на прогрессирование и лечение опухоли, говорят авторы. В дополнение к вышеупомянутым восьми биологическим признакам рака, предложенным Робертом Вайнбергом, доктором наук,.D., из Массачусетского технологического института и Дуглас Ханахан, доктор философии.D., из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне Джейн и его коллеги предлагают добавить четыре различных физических признака, которые отражают биомеханические аномалии в опухолях: повышенный твердый стресс; повышенное давление межклеточной жидкости; повышенная жесткость и измененные свойства материала; и измененная микроархитектура тканей.
Три десятилетия исследований в лабораториях Стила привели к открытию и клиническому переводу первых двух отличительных черт. "Сплошные стрессы создаются, когда пролиферирующие и мигрирующие клетки толкают и растягивают твердые компоненты окружающей ткани. Они достаточно велики, чтобы сжимать кровеносные и лимфатические сосуды в опухолях и вокруг них, что ухудшает кровоток и доставку кислорода, лекарств и иммунных клеток," Джайн говорит.
Повышенное давление интерстициальной жидкости вызвано аномально проницаемыми кровеносными сосудами в опухолях, просачивающими плазму крови в ткани, окружающие опухоль, и недостаточным дренажом лимфатической жидкости. Интерстициальная жидкость несет с собой различные факторы роста, вызывая отек (отек), вымывание (высвобождение) лекарств и факторов роста и способствуя инвазии рака в местные и отдаленные ткани.
Повышенная жесткость вызвана отложением клеточного матрикса (каркаса) и ремоделированием тканей. Эта жесткость традиционно использовалась в качестве диагностического маркера роста опухоли, а в последнее время она стала считаться маркером прогноза. Повышенная жесткость активирует сигнальные пути, которые способствуют пролиферации, инвазивности и метастазированию раковых клеток, объясняет Джейн.
"Наконец, когда нормальная структура ткани нарушается ростом и инвазией рака, микроархитектура изменяется," он говорит. "Стромальные (поддерживающие) клетки, раковые клетки и внеклеточный матрикс принимают новую организацию. Это изменяет взаимодействия между отдельной клеткой и окружающей ее матрицей и клетками, что влияет на сигнальные пути, связанные с инвазией и метастазированием."
Джайн говорит, что с помощью обзорной статьи в Science он и его коллеги надеются преодолеть разрыв между физическими и биологическими науками "исследуя биологическое происхождение и последствия физических признаков рака с точки зрения биологов-онкологов и онкологов, которые работают над пониманием и преодолением физических отклонений на рабочем месте и в клинике, а также с точки зрения физиков и инженеров, разрабатывающих новые модели и стратегии для исследований, диагностики и лечения."