Нормализация состояния сосудов в опухоли повышает эффективность противораковой терапии

Химиотерапевтические препараты часто так и не достигают злокачественных клеток в связи с тем, что кровеносные сосуды в опухоли обычно аномальны – их стенки пористы, а сами сосуды очень сильно ветвятся. «Дырявые и кривые» («leaky and twisty»), как определил их профессор Джудо Фолкман (Judah Folkman), основатель программы «Биология Сосудов» (Vascular Biology program) в Бостонском Детском Госпитале (Children's Hospital Boston).

Недавно исследователи нашли объяснение причины неэффективности терапии онкологических заболеваний, что может в дальнейшем помочь повысить эффективность применяемых системно противораковых препаратов. Результаты их изысканий были опубликованы 12 августа 2008 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Капилляры в опухоли, доставляющие кислород и питательные вещества ее клеткам, имеют аномальную форму и очень тонкие стенки, а также располагаются в ткани бессистемно: в некоторых областях капиллярная сеть может практически отсутствовать, в то время как в других формируются ее плотные сплетения. Это приводит также к аномальной гемодинамике в опухоли и неравномерному снабжению ее тканей кровью. В дополнение к этому, эндотелиальная выстилка капилляров имеет крупные поры, так как клетки – эндотелиоциты, вместо того, чтобы располагаться плотным монослоем, лежат беспорядочно, в результате чего часть крови просто выливается из сосуда в межклеточное пространство. Из-за этого и лекарство может не попасть в «пункт назначения», либо попасть в уже неэффективной концентрации.

Идея терапии, разработанной ведущими авторами исследования Кауштабом Гошем (Kaustabh Ghosh) и Дональдом Ингбером (Donald Ingber) и направленной на нормализацию сосудов в опухоли, сама по себе не нова. Но более ранние попытки ее реализации были направлены на нейтрализацию растворимых факторов, в частности, фактора VEGF (vascular endothelial growth factor). Опухоли в большом количестве секретируют VEGF, который не только стимулирует образование новых сосудов (ангиогенез), но и увеличивает их проницаемость. Но, несмотря на то, что блокирование VEGF снижает проницаемость сосудов, эффект такой терапии оказывается кратковременным.

Гош и Ингбер воспользовались другим подходом, обратив внимание на механические силы, контролирующие рост опухолевых сосудов. Ранее исследователи игнорировали эти механизмы. В своих прошлых работах Дональд Ингбер и его коллеги показали, что чувствительность эндотелиоцита к фактору VEGF и прочим растворимым факторам определяется балансом внутриклеточного давления, состояния цитоскелета и состояния внеклеточного матрикса, к которому прикрепляется клетка. Эти условия определяют нормальный паттерн развития сосудов. Поскольку опухолевые сосуды аномальны, исследователи предположили, что опухолевые клетки, по-видимому, не способны адекватно реагировать на изменения жесткости и других качеств внеклеточного матрикса.

Чтобы ответить на этот вопрос, авторы работы поместили изолированные из злокачественной опухоли простаты эндотелиоциты в условия, моделирующие условия в сердечной мышце, то есть подвергли клетки циклическому механическому стрессу. Они обнаружили, что в таких условиях некоторые клетки формировали нормальные капиллярные сети, причем капилляры располагались перпендикулярно вектору действия силы, но большинство клеток, изолированных из опухоли, все же не были способны к переориентации. Эти клетки располагались беспорядочно, формируя капилляроподобные структуры с крупными порами, указывающими на проницаемость таких сосудов.

Далее Гош и его коллеги показали, что эндотелиоциты из опухоли отвечают на изменения ригидности внеклеточного матрикса иначе, чем нормальные клетки. Помещенные на плотный матрикс, моделирующий опухолевый, клетки продолжали миграцию по матриксу много дольше, нежели обычные эндотелиоциты; и формировали капилляроподобные структуры даже в случае, если клеток было очень мало, к чему клетки из здоровой ткани способны не были (для образования капилляроподобной структуры in vitro в норме должна быть достигнута определенная плотность клеток). При этом при большой плотности клеток опухолевые эндотелиоциты вместо капилляров образовывали плотные скопления с совершенно нерегулярной структурой. Известно, что высокая плотность клеток на единицу площади увеличивает упорядоченность и сократимость цитоскелета под мембраной клетки. Ученые предположили, что опухолевые эндотелиоциты изначально обладают гиперсократимым цитоскелетом.

Авторы решили проверить, связана ли эта гиперсократимость с повышением уровня в клетках белка Rho-ассоциированной киназы (ROCK), которая, как известно, играет ключевую роль в контроле организации цитоскелета в клетках. Когда в питательную среду, где культивировали клетки, был добавлен ингибитор ROCK, формирование капилляров нормализовалось, и эндотелиоциты, выделенные из опухоли, начали практически адекватно отвечать на механические сигналы, получаемые от матрикса, формируя трубчатые капилляроподобные структуры.

«В данном исследовании», говорят авторы, «мы описали до настоящего времени неизвестный механизм образования опухолевых капилляров, основанный на измененной механочувствительности и сократимости эндотелиоцитов. Это указывает на потенциальные новые мишени для нормализации сосудов в опухолях, что может быть когда-нибудь использовано в клинике».


В условиях in vitro нормальные эндотелиоциты при помещении их на плотную поверхность, моделирующую внеклеточный матрикс опухоли, формируют регулярные капилляроподобные структуры; опухолевые же клетки вне зависимости от типа матрикса обычно образуют скопления и деформированные капилляры. Такие капилляры часто обнаруживаются в злокачественных опухолях человека и млекопитающих. Они приводят к нарушениям гемодинамики и неравномерному распределению в пораженной ткани химиотерапевтических препаратов.

По материалам:
Children's Hospital Boston