ПНИПУ: создана модель, оценивающая способность раковых клеток к метастазированию

Исследователи Пермского Политеха разработали математическую модель, позволяющую оценивать способность опухолевых клеток к метастазированию — процессу распространения рака по организму. Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.

Основную опасность онкологических заболеваний представляет не сама опухоль, а ее способность образовывать метастазы.

Когда раковые клетки отделяются от первичного очага и распространяются по организму через кровь или лимфу, они могут формировать новые опухоли в других органах. По оценкам ученых, именно метастазирование является причиной до 90% смертей при раке.

Предсказать этот процесс крайне сложно. Современные методы диагностики — такие как компьютерная и магнитно-резонансная томография или биопсия — часто выявляют заболевание уже на поздних стадиях. При этом традиционный гистологический анализ позволяет определить тип опухоли, но практически не дает информации о том, насколько агрессивно она будет распространяться.

Чтобы покинуть первичную опухоль, раковым клеткам приходится буквально протискиваться через узкие межклеточные пространства и стенки сосудов. Такой путь связан с сильной механической нагрузкой. Однако в отличие от здоровых клеток, которые стремятся сохранять форму, опухолевые клетки становятся более мягкими и податливыми. Это происходит благодаря перестройке цитоскелета — внутреннего каркаса клетки. При этом старые связи разрываются, а новые формируются, что требует значительных затрат энергии.

До сих пор ученые изучали три ключевых фактора, влияющих на метастазирование, по отдельности: деформацию клетки, перестройку ее цитоскелета и энергетические затраты.

Специалисты Пермского Политеха впервые объединили эти параметры в единую математическую модель и ввели общий показатель, отражающий агрессивность клетки и ее способность к миграции.

Проверив модель на экспериментальных данных о раковых клетках кожи, исследователи обнаружили неожиданную закономерность. Оказалось, что метастатические клетки обладают устойчивым "энергетическим поведением": независимо от силы внешнего давления они тратят примерно одинаковое количество энергии на перестройку цитоскелета и изменение формы.

"Мы обнаружили, что метастатические клетки всегда расходуют большое и практически постоянное количество энергии на внутреннюю перестройку. Эта стабильная и высокая энергетическая активность может служить скрытым маркером их агрессивности", — рассказал доцент кафедры математического моделирования систем и процессов ПНИПУ Александр Никитюк.

На основе этого открытия ученые предложили новый количественный показатель — так называемую частоту диссипативных процессов. Он отражает, насколько энергозатратно и стабильно клетка меняет свою структуру под воздействием механической нагрузки. Повышенное значение этого параметра может указывать на высокий метастатический потенциал.

В будущем разработка может лечь в основу нового диагностического теста. Анализируя образец опухолевой ткани и проверяя, как клетки реагируют на механическое давление, врачи смогут быстро оценивать риск метастазирования. Это позволит раньше выявлять наиболее агрессивные опухоли и назначать пациентам более интенсивное лечение.