Ученые считают, что раковые клетки могут общаться между собой

Авторы нового исследования из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London) и Института исследования рака (The Institute of Cancer Research) в Лондоне обнаружили переменное напряжение в мембранах клеток рака молочной железы, что дает представление о том, как они растут и распространяются. Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Communications Biology, смогли бы помочь нам лучше понять, как раковые клетки «решают», когда размножаться и куда распространяться.

Новизна исследования

Раковые клетки претерпевают ряд биоэлектрических изменений. Например, слой, окружающий клетки, называемый клеточной мембраной, становится более положительно заряженным, чем здоровые клеточные мембраны. 

Таким образом, результаты исследования показали, что помимо того, что напряжение на мембране повышается, в отличие от здоровых клеток, оно также колеблется с течением времени — при этом клетки рака молочной железы ведут себя во многом как нейроны. Исследователи полагают, что это может указывать на электрическую коммуникационную сеть между раковыми клетками, которая в будущем может стать мишенью для разрушения, создавая возможные новые методы лечения.

«Когда здоровые клетки становятся раковыми, изменения, которые они претерпевают, могут помочь им расти и распространяться. Мы знаем, например, что определенные гены, которые контролируют размножение клеток, могут отключаться, вызывая неконтролируемый рост клеток. Мы пока не знаем, почему напряжение мембран колеблется в раковых клетках, но наше открытие и технология, ставшие возможными благодаря сотрудничеству инженеров и биологов, открывают двери для дальнейшей работы, которая могла бы помочь нам лучше понять сигнальные сети рака и его рост», — заявляет соавтор исследования Аманда Фауст (Amanda Foust).

Материалы и методы исследования

Чтобы проверить напряжение, исследователи вырастили клетки из восьми линий клеток рака молочной железы и одной линии клеток здоровой молочной железы. Затем ученые записали напряжение клеточных мембран с помощью микроскопа, первоначально разработанного для съемки электрической активности в клетках головного мозга, прежде чем использовать машинное обучение для классификации и характеристики сигналов.

Результаты научной работы

Неожиданно ученые обнаружили колебания напряжения мембран раковых клеток. Хотя необходимы дополнительные исследования, ученые считают, что «мигающие» и «размахивающие» электрические сигналы могут быть формой коммуникации между клетками.

Исследователи добавили тетродотоксин, мощный нейротоксин, который блокирует натриевые каналы, чтобы предотвратить генерацию электрического заряда в нервных клетках. Предыдущие исследования показали, что раковые клетки используют натриевые каналы, чтобы стать более инвазивными.

Ученые обнаружили, что, подобно своему воздействию на нервные клетки, тетродотоксин подавлял колебания напряжения в раковых клетках. Исследователи считают, что это потенциально может указывать на новые пути лечения для блокирования коммуникации и распространения раковых клеток.

«Мы впервые наблюдаем такие быстрые колебания электрической активности в клетках рака молочной железы. Похоже, что клетки рака молочной железы установили своего рода электрический язык. Мы все еще не знаем, насколько сложен этот язык, но он может позволить раковым клеткам передавать информацию о близлежащих питательных веществах или враждебной среде на большие расстояния и, в конечном счете, способствовать выживанию опухоли», —  считает профессор Крис Бакал (Chris Bakal).

Ученые раскрыли потенциал «электрического языка» клеток рака молочной железы

Чтобы дополнительно проверить свои результаты, ученые индуцировали рак в здоровую клеточную линию, прежде чем снова записать их. Ученые обнаружили, что как только эти клетки становились раковыми, напряжение их мембран также колебалось.

Уровень электрических сигналов варьировался в зависимости от типа рака. Более агрессивные и неизлечимые линии раковых клеток отличались более частыми колебаниями, причем сигналы иногда проявлялись в виде волны, распространяющейся от клетки к клетке.

«Из всех клеток в организме мы обычно ассоциируем «возбудимые» клетки головного мозга или сердца с электрической активностью. Наше исследование предполагает наличие скрытой электрической сигнальной сети среди раковых клеток, которая может играть ключевую роль в поведении раковых клеток, включая связь друг с другом и другими клетками внутри опухоли. Мы уже знаем, что распространению рака, основной причине смерти от рака, способствует электрическая активность», — говорит профессор Мустафа Джамгоз (Mustafa Djamgoz).

Профессор Бакал добавил: «Мы думаем, что эти сети могут даже позволить раковым клеткам формировать структуры, подобные головному мозгу, которые позволяют раковым клеткам действовать вместе как единая машина, а не как отдельные единицы».

Практическая значимость работы

В настоящее время исследователи работают над выявлением и устранением потенциальных связей между напряжением клеточной мембраны и поведением раковых клеток, чтобы выяснить, можно ли их устранить. 

Профессор Бакал добавил: «Если вы сможете остановить общение раковых клеток друг с другом, их может стать легче лечить. Это не так уж сильно отличается от войны. Если вы можете помешать командиру передавать информацию солдатам на фронте, битву становится легче выиграть».

Доктор Фауст заключил: «Сейчас мы исследуем роль напряжения в поведении раковых клеток. Клонируют ли раковые клетки сами себя и размножаются, когда их напряжение колеблется по определенной схеме, или отрываются, чтобы вторгнуться в другие области организма? Можем ли мы использовать эти знания для вмешательства на определенной стадии колебаний, чтобы предотвратить распространение рака? Это ключевые вопросы, на которые мы надеемся ответить в ходе нашей текущей работы».

Авторы другого исследования утверждают, что «нездоровый» микробиом кишечника способствует метастазированию рака молочной железы.