Ученые смогли имитировать начало развития рака мозга

Впервые исследователи из Института ИМБА Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук разработали органоиды, которые имитируют начало рака мозга. Этот метод не только проливает свет на сложную биологию опухолей головного мозга человека, но также может проложить путь для новых медицинских применений.

Опухоли головного мозга относятся к числу наиболее агрессивных и смертельных случаев рака и одной из основных причин смерти от рака у детей и молодых людей.

Глиобластома является особенно агрессивной формой опухоли головного мозга, которая характеризуется очень быстрым ростом опухоли глии клеток - наиболее распространенных типов клеток в центральной нервной системе, которые окружают и поддерживают нейроны. Опухоль, как известно, трудно поддается лечению, поскольку она образует щупальцеподобные структуры, что затрудняет хирургическое удаление опухолей. Кроме того, глиобластома имеет тенденцию поддерживать связь с кровеносными сосудами, помогая раковым клеткам расти и распространяться очень быстро. С каждым делением клеток они накапливают мутации, которые могут сделать их устойчивыми к лекарствам. Из-за молекулярных характеристик человеческого мозга ученым очень трудно найти подходящий модельный организм для изучения рака мозга.

Технология органоидов теперь может привести к сдвигу парадигмы в изучении глиобластомы и других форм рака мозга. В последние годы исследователям удалось разработать все больше и больше лабораторных структур, подобных структурам, или органоидов. Уже в 2013 году Юрген Кноблих и его команда в IMBA были первыми, кто использовал мозговые органоиды из iPS-клеток для изучения молекулярных и характеристик развития, а также неврологических заболеваний мозга человека. Теперь им удалось вырастить один из самых смертельных случаев рака, рак мозга в лабораторных условиях. Новинка: этот метод позволяет исследователям копировать процесс канцерогенеза мозга в блюдо, где они могут наблюдать развитие рака мозга уже на ранних стадиях и наблюдать, как мозговой органоид выращивает опухоль.

В публикации в текущем издании журнала Nature Methods группа сообщает о новых неопластических мозговых органоидах, которые они разработали для изучения опухолей головного мозга. Эти органоиды точно воспроизводят уникальные аспекты человеческого мозга, такие как его разнообразные типы клеток и этапы его развития, позволяя ученым справиться с путями возникновения опухолей, а также предоставить систему для исследования новых методов лечения рака. «Впервые мы создали человеческую модель для рака мозга, чтобы быстро протестировать или отобразить опухолевый потенциал мутаций генов, обнаруженных в проектах секвенирования генома рака. Используя методы редактирования генома, мы внедрили клинически значимые мутации в мозговые органоиды. С помощью этого метода мы пытаемся имитировать начало опухоли головного мозга, только мутируя очень маленькую популяцию клеток », - объясняет Шан Бьян, postdoc в IMBA и первый автор исследования.

За последние несколько лет огромные проекты секвенирования генома рака каталогизировали тысячи мутаций, обнаруженных в опухолях пациентов. Такие генетические дефекты возникают из-за естественных ошибок при копировании ДНК, за счет потребления канцерогенов или других причин. Они вызывают фундаментальные изменения в здоровых клетках, из-за которых они выходят из-под контроля, воспроизводясь с поразительным темпом. Каждый раз, когда такая ячейка делится, она может генерировать новые мутации, оставляя ученых с огромной загадкой для сборки. Новый рак головного мозга или неопластические органоиды теперь предлагают средства для исследования, как некоторые из этих мутаций являются движущими силами в опухолях, что имеет решающее значение для инициирования возникновения рака и необходимо для лечения путем лечения, в то время как другие являются просто побочными эффектами.

Ученые провели исследования этих миниатюрных опухолей, чтобы определить дополнительные изменения, которые они претерпели, выявив новые маркеры, которые могут помочь в диагностике заболевания и классификации опухоли, которую имеет пациент.

Как только опухоль развилась, ученые могут нацеливаться на конкретную мутацию, чтобы определить, является ли дефект также существенным для долговременной выживаемости опухоли. Любые изменения, которые заставляют его сокращаться или исчезать, становятся хорошим кандидатом на будущие терапии.

Ученые протестировали этот принцип, применив лекарство под названием Afatinib, которое в настоящее время используется в клинических испытаниях для лечения глиобластомы. Они обнаружили, что через 40 дней введение препарата значительно уменьшало количество опухолевых клеток в двух комбинациях мутаций, но не в третьем или в клетках со слишком большим количеством MYC. Афатинибин ингибирует молекулу, называемую EGFR, которая особенно сверхэкспрессируется в этих двух типах опухолей. При тестировании четырех дополнительных ингибиторов EGFR, используемых в терапии, препарат, названный Erlotinib, значительно уменьшал количество опухолевых клеток, тогда как эффекты других были минимальными.

«Эти результаты показывают, что органоиды мозга также оказывают значительное влияние на исследования рака и общественное здравоохранение. Теперь мы можем разработать органоиды из пациентов с опухолью головного мозга, которые позволяют нам проверять эффективность различных комбинаций методов лечения», - говорит пионер стволовых клеток Кноблих, который является временным директором IMBA. «В качестве следующего шага будет важно развивать клинические партнерские отношения, чтобы мы могли работать над переводом наших результатов со скамейки на кровать».

Источник: https://medicalxpress.com/news/2018-07-brain-cancer-dish.html