Кубанский государственный технологический университет

Клетки меланомы выдадут себя особенным звучанием

26-02-2012
В норме меланин, синтезируемый в меланоцитах (1), по отросткам-дендритам (2) попадает в кератиноциты (3) и накапливается в них, вызывая потемнение кожи (загар). При возникновении меланомы перерожденные меланоциты разносятся кровью по всему организму. Благодаря наличию в них гранул меланина и стал возможен фотоакустический метод их детектирования (изображение с сайта www.scf-online.com)

Исследователи из Миссурийского университета в г. Колумбия (University of Missouri-Columbia) разработали принципиально новый метод диагностики злокачественной меланомы.

Он основан на выявлении раковых клеток с помощью регистрации издаваемых ими звуков. Это первая в мире методика идентификации опухолевых клеток посредством электронного «прослушивания».

Меланома — чрезвычайно коварная и агрессивная опухоль кожных покровов. В начальной стадии ее нетрудно прооперировать, причем в этом случае вероятность полного выздоровления приближается к 100%. Однако у таких пациентов опухоли могут возникать вновь, поэтому они должны регулярно обследоваться на протяжении всей жизни. С другой стороны, неудаленная меланома быстро растет и через кровь и лимфу дает метастазы в печень и другие органы, которые почти всегда быстро приводят к летальному исходу. Поэтому ключ к спасению больного — как можно более ранняя диагностика опухоли.

Новая методика как раз и обеспечивает такую возможность. Чтобы понять, как она работает, необходимы кое-какие дополнительные сведения. Меланома возникает в результате злокачественного перерождения меланоцитов — клеток базального слоя кожного эпидермиса (чаще всего тех, которые содержатся в родимых пятнах). Эти клетки производят темный пигмент меланин, которому мы обязаны загаром (и, следовательно, защитой от солнечных ожогов).

Механика этого процесса любопытна и сама по себе. Меланоциты расположены в эпидермисе довольно глубоко, так что солнечные лучи их не достигают. Падающие на кожу фотоны проникают в кератиноциты — другие клетки эпидермиса, лежащие вблизи его поверхности. Если эти фотоны достаточно энергичны (сильнее всего действует ультрафиолет), они вынуждают кератиноциты секретировать гормон меланотропин. Меланоциты обладают мембранными рецепторами этого гормона и поэтому реагируют на его появление.

Получив меланотропиновый сигнал, меланоцит приступает к выработке циклического аденозинмонофосфата, одного из важнейших регуляторов внутриклеточного метаболизма. Этот нуклеотид передает гормональное послание клеточному ядру, где в результате активируются гены, ответственные за синтез меланина. Меланиновые гранулы синтезируются в цитоплазме меланоцита и накапливаются в специализированных контейнерах — меланосомах, — которые по мере созревания (заполнения гранулами меланина) мигрируют к близлежащим кератиноцитам (для этой цели меланоциты вытягивают из своего тела особые транспортные отростки-дендриты — природа изобретательна!). Кератиноциты с наполненными меланосомами и придают коже «цвет загара».

Так в результате воздействия ультрафиолета, стресса и некоторых гормонов происходит синтез меланина и миграция меланосом, заполненных гранулами меланина, из меланоцитов в кератиноциты (изображение с сайта www.riken.go.jp)

Теперь вернемся к тестированию на меланому. У пациента берут пробу крови и раскручивают ее в центрифуге. Это позволяет отделить плазму, тромбоциты и красные кровяные тельца от лейкоцитов. У больного меланомой опухолевые клетки циркулируют в крови, поэтому после центрифугирования они будут подмешаны к лейкоцитам. Проблема состоит в том, чтобы безошибочно обнаружить такие клетки среди великого множества других, тем более что число опухолевых клеток может быть очень небольшим.

Ученые из Миссури применили для этого так называемое фотоакустическое детектирование, которое до сих пор еще ни разу не использовалось в онкологии. Оставшуюся после центрифугирования клеточную взвесь помещают в солевой раствор и обстреливают очень короткими импульсами голубого лазера длительностью всего в пять миллиардных долей секунды. Эти импульсы вынуждают меланомные клетки быстро колебаться, в то время как содержащиеся в той же взвеси белые кровяные клетки ведут себя спокойно.

Собственно говоря, лазерные лучи первоначально приводят в движение даже не сами клетки этой опухоли, а содержащиеся в них микроскопические зерна меланина. Поглощая энергию лазерной волны, эти гранулы претерпевают быстрое расширение, которое после прохождения импульса сменяется сжатием. Поэтому они начинают быстро вибрировать и возбуждают звуковые волны в клеточной цитоплазме. В результате клетки меланомы делаются источником ультразвуковых колебаний, которые улавливаются специальными микрофонами. Сигналы с микрофонов поступают на вход компьютера, который идентифицирует акустическую подпись меланина.

Как показали эксперименты, выполненные Райаном Уэйтом (Ryan M. Weight) и его коллегами, фотоакустическое детектирование позволяет обнаружить присутствие в образце всего лишь десятка опухолевых клеток. Правда, пока что экспериментаторы добавляли такие клетки в пробы крови здоровых людей, однако вскоре они рассчитывают приступить к настоящим клиническим испытаниям этой техники.

Этот метод анализа отличается не только очень высокой чувствительностью, но и большой надежностью. Дело в том, что нормальные меланоциты в кровь никогда не попадают, так что меланиновые звуковые сигналы, индуцированные лазерным полем, однозначно свидетельствуют о наличии опухолевых клеток. Правда, опухолевые клетки могут и не содержать меланин (это так называемые беспигментные меланомы), но такое бывает довольно редко. Во всяком случае, разработчики утверждают, что у их метода большое будущее.

Источники: 1) Ryan M. Weight, John A. Viator, Paul S. Dale, Charles W. Caldwell, Allison E. Lisle. Photoacoustic detection of metastatic melanoma cells in the human circulatory system // Optics Letters, Vol. 31, Issue 20, pp. 2998-3000. 2) Listening to the Sound of Skin Cancer, Newswise.com, 17.10.2006.

Алексей Левин

‹‹