Специалисты Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии им. Я. Л. Цивьяна изучили, как изменяется транскриптом клеток глиомы человека, которые культивируются в условиях формирования нейросфер. Полученные данные могут быть использованы при разработке новых терапевтических подходов для лечения глиобластомы, в том числе с помощью онколитических вирусов.

Результаты исследования опубликованы в Cells.

«Ранее в нашей лаборатории совместно с Государственным научным центром вирусологии и биотехнологии „Вектор” на основе онколитического вируса осповакцины был разработан противоопухолевый препарат для терапии рака молочной железы. Он успешно прошел доклинические исследования и сейчас находится на первой фазе клинических испытаний, которые проводятся на базе пяти клинических центров Санкт-Петербурга и Москвы. Доклинические исследования показали, что этот препарат эффективен также против опухолей другого генеза, в том числе глиобластомы», – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории биотехнологии ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Майя Александровна Дымова. ​

Глиобластома – это наиболее агрессивная форма опухоли головного мозга.

«Она является абсолютно мортальной. Медиана выживаемости при глиобластоме составляет 12–14 месяцев. Половина пациентов погибает в течение первого года после постановки диагноза», – объясняет врач-нейрохирург, старший научный сотрудник Новосибирского НИИТО им. Я. Л. Цивьяна кандидат медицинских наук Сергей Валерьевич Мишинов.

В 2021 году ученые ИХБФМ СО РАН выиграли грант РНФ на поиск молекулярных механизмов, которые объясняли бы терапевтическое действие онколитического вируса осповакцины на злокачественные опухоли головного мозга. Исследование проводится как на иммортализованных (то есть постоянных) клеточных линиях, представленных в коллекциях культур клеток, так и на культурах клеток глиобластомы, полученных из образцов опухолей пациентов (персонализованные культуры).

Раньше ученые проводили исследования глиобластомы in vitro на адгезивных культурах клеток глиом, то есть на клетках опухоли, прикрепленных к культуральным подложкам. Сейчас специалисты переходят к более релевантной модели опухоли – нейросферам. Нейросферами называют сферообразное скопление опухолевых клеток, содержащих в большом количестве стволовые клетки либо клетки-предшественники.

«Нейросфера, как 3D-культура, считается более релевантной моделью для изучения опухолевых процессов и разработки противоопухолевых препаратов», – отмечает Майя Дымова.

Для последующих экспериментов с вирусом осповакцины необходимо понять, какие изменения на уровне транскриптома претерпевают опухолевые клетки при переходе от адгезивного состояния к нейросферам. Именно этому посвящено исследование, описанное в статье.

«В работе мы использовали три культуры клеток глиом, полученные из опухолей пациентов (patient-derived cultures, или персонализированные культуры), и две иммортализованные клеточные линии глиобластомы. Культивирование клеток проводили как в адгезивной форме, так и в форме нейросфер», – говорит исследовательница.

Существует теория, согласно которой нейросферы содержат большее количество стволовых опухолевых клеток, чем адгезивные культуры. Стволовые клетки имеют высокую способность к размножению, могут дифференцироваться в другие типы клеток опухоли, проникать через стенки сосудов в кровоток, распространяться в другие органы и образовывать метастазы. Кроме того, считается, что стволовые клетки более устойчивы к радио- и химиотерапии. Это позволяет опухоли выживать и приспосабливаться к различным условиям. Например, чтобы раковая клетка могла оторваться от других клеток, ей нужно изменить свой метаболом и протеом, а чтобы внедриться в сосуды эндотелия – перестроить цитоскелет.

Ученые показали, что формирование нейросфер сопровождается активацией пяти транскрипционных факторов. В этом задействованы рецепторы эпидермального фактора роста и фактора роста фибробластов (EGFR и FGFR соответственно). Искусственно воздействуя на эти рецепторы, исследователи установили также три регулятора их обратной связи (SPRY4, ERRFI1 и RAB31), общие для всех проанализированных глиом. А затем с помощью транскриптомного анализа выявили, экспрессию каких генов эти транскрипционные факторы повышают, а каких – понижают.

«Таким образом, мы смоделировали ситуацию, в которой оказывается опухолевая клетка при активации этих сигнальных путей», – говорит Майя Дымова.

Знания об этих регуляторах обратной связи можно использовать для создания новых терапевтических стратегий, направленных на подавление механизмов защиты и распространения раковых клеток и предотвращения прогрессирования глиом.

По словам Сергея Мишинова, возможности лучевой и химиотерапии для лечения глиобластомы на сегодняшний день уже полностью задействованы и не позволяют сделать существенный скачок по увеличению продолжительности жизни пациентов с этим заболеванием.

«Глиобластома плохо поддается лечению, во-первых, потому что очень гетерогенная (то есть состоит из множества типов клеток) и обладает большим полиморфизмом антигенов. Во-вторых, она отличается диффузным инфильтрирующим характером роста: опухоль никак не отграничена от нормального мозгового вещества и ее клетки распространяются достаточно далеко от основного очага, вплоть до противоположного полушария. Поэтому хирург не может добиться тотального удаления опухоли. К тому же часто глиобластомы диагностируют, только когда они уже достигают больших размеров и дают клинические проявления», – отмечает ученый.

По этой причине для лечения глиобластомы в разных случаях применяют совокупность различных методов: хирургическое удаление, химио-, радиотерапию, таргетные препараты, такие как моноклональные антитела.

«Будем надеяться, что виротерапия совместно с традиционными методами лечения повысит выживаемость пациентов с таким диагнозом, – говорит Майя Дымова. – Согласно как нашим результатам, так и литературным данным, терапия злокачественных новообразований мозга с помощью онколитических вирусов представляется очень перспективной».

Онколитические вирусы способны воздействовать еще на один важный аспект глиобластомы. Стволовая опухолевая клетка может пребывать в так называемом дормантном – дремлющем – состоянии, в котором она не делится, но остается живой, и при этом является неуязвимой для многих химиотерапевтических препаратов, воздействующих исключительно на делящиеся клетки (в том числе темозоломида). В какой-то момент такие клетки опять начинают делиться и давать потомство, что приводит к возникновению рецидива онкологического заболевания.

«В литературе показано, что онколитические вирусы способны воздействовать на эти дормантные стволовые опухолевые клетки, при этом механизм такого процесса не до конца понятен. Мы надеемся, что анализ изменения транскриптома опухолевых клеток под действием вирусного препарата поможет нам объяснить этот механизм», – рассказывает Майя Дымова.

Исследование проводилось в рамках гранта РНФ «Молекулярные механизмы терапевтического действия онколитического вируса осповакцины на злокачественные опухоли головного мозга».

Источник: Управление по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН.