Znajdź zawartość

Komórki nowotworów złośliwych łatwiej niż prawidłowe ulegają mechanicznym deformacjom, co umożliwia im migrację w organizmie. W Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie zbadano własności mechaniczne komórek raka prostaty poddanych działaniu najczęściej stosowanych leków antynowotworowych. Zdaniem badaczy, obecne leki można stosować efektywniej i w mniejszych dawkach. W przypadku raka kluczowym czynnikiem sprzyjającym powstawaniu przerzutów jest zdolność komórek nowotworowych do ulegania deformacjom mechanicznym. W Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie badania nad własnościami mechanicznymi komórek są prowadzone od ćwierć wieku. Najnowsze prace, zrealizowane w kooperacji z Katedrą Biochemii Lekarskiej Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego (CM UJ), dotyczyły kilku leków obecnie używanych w chemioterapii raka prostaty, a konkretnie ich wpływu na własności mechaniczne komórek nowotworowych. Wyniki napawają optymizmem: wszystko wskazuje na to, że dawki niektórych leków będzie można zmniejszyć bez ryzyka obniżenia skuteczności ich działania. Chemioterapia to wyjątkowo brutalny atak nie tylko na komórki nowotworowe pacjenta, ale na wszystkie komórki jego organizmu. Stosując ją lekarze mają nadzieję, że bardziej wrażliwe komórki nowotworu zginą zanim zaczną ginąć komórki zdrowe. W tej sytuacji kluczowego znaczenia nabiera wiedza, jak dobrać lek optymalny w danym przypadku oraz jak ustalić jego minimalną dawkę, która z jednej strony zagwarantuje skuteczność działania, z drugiej zaś pozwoli zminimalizować negatywne skutki terapii. Fizycy z IFJ PAN już w 1999 roku wykazali, że komórki nowotworowe łatwiej się deformują mechanicznie. W praktyce fakt ten oznacza, że z większą efektywnością mogą się przeciskać przez wąskie naczynia układów krwionośnego i/lub limfatycznego. O mechanicznych własnościach komórki decydują takie elementy jej cytoszkieletu jak badane przez nas mikrotubule zbudowane z białka tubuliny, filamenty aktynowe z aktyny oraz filamenty pośrednie tworzone z białek typu keratyna czy wimentyna, mówi prof. dr hab. Małgorzata Lekka z Zakładu Badań Mikroukładów Biofizycznych IFJ PAN i uzupełnia: Pomiary biomechaniczne komórek prowadzimy za pomocą mikroskopu sił atomowych. W zależności od potrzeb, możemy sondą słabiej lub mocniej naciskać na komórkę i w ten sposób otrzymujemy odpowiedź mechaniczną pochodzącą od struktur leżących albo przy jej powierzchni, czyli przy błonie komórkowej, albo głębiej, nawet przy jądrze komórkowym. Jednak aby otrzymać informację o skutkach działania leku, musimy ocenić, jaki wkład do własności mechanicznych komórki wnoszą poszczególne rodzaje włókien cytoszkieletu. W obecnie raportowanych wynikach krakowscy fizycy przedstawili eksperymenty z użyciem komercyjnie dostępnej linii ludzkich komórek raka prostaty DU145. Linię tę wybrano z uwagi na jej odporność na działanie leków. Wystawione na długotrwały wpływ leków, komórki te po pewnym czasie uodparniają się na działanie leków i nie tylko nie umierają, ale nawet zaczynają się dzielić. Skoncentrowaliśmy się na efektach działania trzech często stosowanych leków: winfluniny, kolchicyny i docetakselu. Wszystkie oddziałują na mikrotubule, co jest pożądane z uwagi na fakt, że to właśnie te włókna są istotne przy podziale komórki. Docetaksel stabilizuje mikrotubule, zatem zwiększa też sztywność komórek nowotworu i utrudnia im migrację w organizmie. Pozostałe dwa leki destabilizują mikrotubule, komórki nowotworowe mogą więc migrować, jednak z uwagi na zaburzone funkcje cytoszkieletu nie są w stanie się dzielić, mówi doktorant Andrzej Kubiak, pierwszy autor artykułu opublikowanego na łamach prestiżowego czasopisma naukowego Nanoscale. Krakowscy naukowcy analizowali żywotność i własności mechaniczne komórek po 24, 48 i 72 godzinach od poddania ich działaniu leków, przy czym okazało się, że największe zmiany są obserwowane trzy dni od ekspozycji na lek. Badania pozwoliły ustalić dwa stężenia leków: wyższe, które niszczyło komórki, oraz niższe, przy którym komórki co prawda przeżywały, lecz ich własności mechaniczne okazały się być zmienione. Z oczywistych względów szczególnie interesujące było to, co się działo z komórkami w ostatnim z wymienionych przypadków. Precyzyjna interpretacja części wyników wymagała zastosowania szeregu narzędzi, takich jak mikroskop konfokalny czy cytometria przepływowa. Ich użycie było możliwe dzięki współpracy z Instytutem Farmakologii PAN w Krakowie, Zakładem Biologii Komórki na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ oraz Uniwersytetem w Mediolanie (Department of Physics, Università degli Studi di Milano). Od pewnego czasu wiadomo, że gdy dochodzi do uszkodzeń mikrotubul, część ich funkcji przejmują włókna aktynowe. Połączenie pomiarów własności mechanicznych komórek z obrazami z mikroskopów konfokalnego i fluorescencyjnego pozwoliło nam zaobserwować ten efekt. Byliśmy w stanie dokładnie ustalić obszary w komórce, na które działa dany lek, oraz zrozumieć, jak przebiegają zmiany jego wpływu w czasie, podkreśla doktorant Kubiak. Z badań krakowskich fizyków płyną praktyczne wnioski. Na przykład wpływ winfluniny jest wyraźnie widoczny w obszarze jądrowym, lecz jest kompensowany przez włókna aktynowe. W rezultacie komórka pozostaje wystarczająco sztywna, by mogła się dalej namnażać. Z kolei po 48 godzinach od podania leku najlepiej widać efekty działania docetakselu, jednak głównie na obrzeżach komórek. Fakt ten także informuje o wzroście roli włókien aktynowych i oznacza, że terapię należałoby wesprzeć jakimś lekiem działającym właśnie na te włókna. Do tej pory niewiele było badań nad skutecznością małych stężeń leków antynowotworowych. My pokazujemy, że zagadnieniem naprawdę warto się zainteresować. Jeśli bowiem dobrze zrozumiemy mechanizmy działania poszczególnych leków, możemy zachować – a niekiedy wręcz zwiększyć – ich dotychczasową skuteczność przy jednoczesnym zmniejszeniu skutków ubocznych chemioterapii. W ten sposób chemioterapia może stać się bardziej przyjazna pacjentowi, co powinno wpłynąć nie tylko na jego zdrowie fizyczne, ale i na nastawienie psychiczne, tak potrzebne w walce z rakiem, podsumowuje prof. Lekka. « powrót do artykułu

Wszystkie komórki nowotworowe, a nie tylko ich niewielki podzbiór, są zdolne do wprowadzenia się w tryb powolnego podziału w sytuacji, gdy znajdą się w stanie zagrożenia. Później, gdy zagrożenie minie, mogą się „przebudzić” i powrócić do trybu szybkiego podziału. Dzięki zdolności do wspólnego wprowadzania się w stan uśpienia komórki nowotworowe mogą przetrwać poszczególne etapy chemioterapii i zyskać oporność na kolejne jej etapy. Komórki guza wykorzystują więc diapauzę czyli wywoływany czynnikami zewnętrznymi, ale sterowany wewnętrznie, przejściowy stan zahamowania rozwoju. O tym, że komórki nowotworowe mogą korzystać z diapauzy poinformowali właśnie naukowcy z Princess Margaret Cancer Center oraz University of Toronto. Ich artykuł można przeczytać na łamach Cell. Wykorzystaliśmy techniki oznaczania komórek oraz modelowania matematycznego na pobranych od pacjenta komórkach raka jelita grubego. Chcieliśmy w ten sposób zidentyfikować i scharakteryzować stany, w których znajdują się komórki w reakcji na chemioterapię (DTP, drug-tolerant persister). W guzach, które weszły w stan DTP nie stwierdziliśmy spadku złożoności klonalnej, a po zaprzestaniu leczenia guzy te podjęły swoje zwykłe działanie, napisali autorzy badań. Dodali, że uzyskane przez nich dane pasują do matematycznego modelu przewidującego, że wszystkie komórki nowotworowe, a nie tylko niektóre małe subpopulacje, są zdolne do wejścia w DTP. W ramach prowadzonych badań zespół pod kierunkiem Catherine O'Brien i Miguela Ramalho-Santosa traktował chemioterapeutykami ludzkie komórki raka jelita grubego. Okazało się, że wszystkie komórki weszły w stan powolnego rozwoju, w którym przestały się dzielić i wymagały niewiele składników odżywczych. Dopóki na szalce Petriego znajdowały się chemioterapeutyki, dopóty komórki nowotworowe pozostawały w stanie, który naukowcy nazwali „stanem DTP podobnym do diapauzy”. Zwykle diapauza, którą wykorzystuje ponad 100 gatunków ssaków, służy ochronie rozwijającego się płodu w warunkach znacznej zmienności środowiskowej. Gdy panują np. zbyt wysokie lub zbyt niskie temperatury czy brakuje żywności, rozwój embrionu zostaje w dużej mierze wstrzymany, w oczekiwaniu na poprawienie się warunków. Kanadyjscy naukowcy informują teraz, że komórki nowotworowe znajdujące się w stanie DTP wykazują niezwykłe podobieństwa transkrypcyjne i funkcjonalne do stanu diapauzy. Okazuje się, że komórki nowotworowe potrafią wykorzystać ten ewolucyjny mechanizm przetrwania, mimo że dotychczas wydawało się, iż ludzie utracili go w wyniku ewolucji, mówi O'Brien. Uczona, która jest chirurgiem specjalizującym się w nowotworach układu pokarmowego, wpadła na pomysł swoich badań przed trzema laty, gdy przypomniała sobie wykład na temat komórkowych mechanizmów umożliwiających przetrwanie embrionu myszy w niekorzystnych warunkach. Gdy go słuchałam, wpadła mi do głowy myśl, żeby zbadać, czy komórki nowotworowe mogą wykorzystywać taki mechanizm do przetrwania chemioterapii, mówi. Uczona skontaktowała się z Miguelem Ramalho-Santosem, autorem wspomnianego wykładu, i porównała profile ekspresji genów w powoli rozwijających się komórkach nowotworu znajdujących się w stanie DTP w wyniku chemioterapii z ekspresją genów mysich embrionów w stanie diapauzy. Okazało się, że profile te są do siebie uderzająco podobne. Podobnie jak w przypadku embrionów, komórki nowotworowe w DTP potrzebowały aktywowania procesu autofagii. W jego wyniku komórka może „pożreć” własne proteiny i inne elementy by przetrwać, gdy brakuje innych źródeł energii. O'Brien przetestowała niewielką molekułę blokującą autofagię i wówczas komórki nowotworowe nie przeżyły. Zostały zabite przez chemioterapeutyki. To daje nam unikatową szansę. Powinniśmy zaatakować komórki nowotworowe gdy znajdują się w tym spowolnionym okresie, zanim nabędą genetycznej oporności na leki. To nowy sposób myślenia o oporności na chemioterapię i o jej pokonaniu, dodaje uczona. « powrót do artykułu

Żelazne nanodruciki z lekami można doprowadzać do zmian nowotworowych za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego. Później wystarczy aktywować 3-elementowy proces zabijania zmienionych chorobowo komórek. Nad rozwiązaniem pracowali m.in. naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Techniki Króla Abdullaha (KAUST). Żelazo jest pierwiastkiem niezbędnym do życia (zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt). Ten pierwiastek śladowy wchodzi w skład białek i enzymów, np. hemoglobiny czy enzymów cyklu Krebsa. Jak zauważa Jürgen Kosel z KAUST, dzięki cechom magnetycznym nanocząstki tlenku żelaza znalazły zastosowanie jako środki kontrastowe w obrazowaniu techniką rezonansu magnetycznego (MRI). Materiały zawierające żelazo są biokompatybilne. Za pomocą nieszkodliwego pola magnetycznego możemy je transportować i koncentrować w wybranym obszarze, obracać lub wprawiać w drgania, tak postąpiliśmy w naszym studium, a także wykrywać za pomocą MRI - opowiada Aldo Martínez-Banderas. Przykładając pole magnetyczne o niskiej mocy, zespół wprawiał nanodruciki w drgania; zjawisko to prowadziło do powstawania otworów w błonie komórkowej. Druciki, w których rdzeń z żelaza jest powleczony tlenkiem żelaza, świetnie absorbują podczerwień i się podgrzewają. Ponieważ światło o tej długości penetruje w głąb tkanek, nanodruciki można podgrzewać laserami skierowanymi w miejsce guza. Wykazano, że wydajność konwersji fototermicznej przekraczała 80%, co przekładało się na dużą wewnątrzkomórkową dawkę ciepła. Za pomocą wrażliwych na pH łączników do nanodrucików rdzeń/otoczka "mocowano" cytostatyk doksorubicynę. Jako że środowisko guza jest zazwyczaj bardziej kwaśne niż zdrowa tkanka, łącznik wybiórczo rozkłada się w lub w pobliżu komórek nowotworowych, uwalniając lek dokładnie tam, gdzie jest potrzebny. Terapia łączona skutkowała niemal całkowitą ablacją komórek nowotworowych i była skuteczniejsza niż pojedyncze terapie - podkreśla Martínez-Banderas. [...] Możliwości żelaznych nanomateriałów sprawiają, że wydają się one bardzo obiecujące, jeśli chodzi o tworzenie biomedycznych nanorobotów - podsumowuje Kosel. « powrót do artykułu

Testy tysięcy nieonkologicznych leków (substancji leczniczych), które przeprowadzono na 578 liniach ludzkich komórek nowotworowych, doprowadziły do nieoczekiwanego odkrycia: niemal 50 z nich miało właściwości przeciwnowotworowe. Były wśród nich leki do terapii cukrzycy, uzależnienia od alkoholu, a nawet zapalenia stawów u psów. Zaskakujące odkrycie zespołu z MIT-u i Uniwersytetu Harvarda (Broad Institute) oraz Dana-Farber Cancer Institute pomogło też zidentyfikować nowe mechanizmy działania i cele dla leków. Myśleliśmy, że będziemy mieli szczęście, jeśli znajdziemy choć jedną substancję o właściwościach przeciwnowotworowych, a ku swemu zaskoczeniu wykryliśmy ich tak wiele - podkreśla prof. Todd Golub. Wyniki badań ukazały się w piśmie Nature Cancer. To największe jak dotąd studium z wykorzystaniem Drug Repurposing Hub; na zbiór ten składa się ponad 6000 leków i substancji leczniczych, które albo zostały zatwierdzone przez FDA, albo okazały się bezpieczne w czasie testów klinicznych (w okresie prowadzenia badań Hub składał się z 4518 leków). Naukowcy testowali wszystkie substancje z Drug Repurposing Hub na 578 liniach ludzkich komórek nowotworowych z Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE). Naukowcy uciekli się do genetycznego metkowania (DNA barcoding) metodą PRISM; opracowano ją w laboratorium Goluba. Dzięki temu można było badać kilka linii naraz, przyspieszając eksperyment. Każdą większą pulę metkowanych komórek wystawiano na oddziaływanie pojedynczej substancji z Drug Repurposing Hub i mierzono przeżywalność komórek nowotworowych. W ten sposób znaleziono niemal 50 nieprzeciwnowotworowych leków, w tym takich, które pierwotnie opracowano do obniżania poziomu cholesterolu lub zmniejszania stanu zapalnego, zabijających pewne komórki nowotworowe (nie szkodziły one przy tym innym komórkom). Niektóre związki uśmiercały komórki nowotworowe w nieoczekiwany sposób. Większość leków przeciwnowotworowych działa, blokując białka, my zaś odkryliśmy substancje, które działają za pośrednictwem innych mechanizmów - opowiada Steven Corsello. Część nie hamuje białek, ale je aktywuje albo stabilizuje interakcje białko-białko. Zauważono np., że prawie 12 nieonkologicznych leków zabija komórki nowotworowe, w których zachodzi ekspresja białka PDE3A, stabilizując interakcję między PDE3A a innym białkiem SLFN12. Większość nieonkologicznych leków uśmiercających komórki nowotworowe działała za pośrednictwem nieznanych celów molekularnych. Przeciwzapalna tepoksalina, którą opracowano z myślą o ludziach, ale później dopuszczono do leczenia zapalenia stawów u psów, zabijała komórki nowotworowe, "uderzając" w nieznany cel w komórkach z nadmierną ekspresją białka MDR1 (glikoproteina P jest markerem oporności wielolekowej). Ostatecznie naukowcy potrafili przewidzieć, czy dany lek może zabić jakąś linię komórkową, przyglądając się jej cechom genetycznym, takim jak mutacje czy poziom metylacji, zapisanym w bazie CCLE. To zaś oznacza, że pewnego dnia cechy te mogą zostać wykorzystane jako biomarkery do identyfikacji pacjentów, którzy z najwyższym prawdopodobieństwem skorzystają z jakichś leków. Zauważano np., że stosowany w leczeniu alkoholizmu disulfiram zabijał linie komórkowe z mutacjami powodującymi ubytek metalotionein (MT). Związki zawierające wanad, które pierwotnie opracowano do terapii cukrzycy, działały z kolei na komórki nowotworowe z ekspresją transportera siarczanu SLC26A2. Zespół chciałby przetestować związki z Drug Repurposing Hub na większej liczbie linii komórkowych i rozbudować sam Hub. Akademicy podkreślają, że zdobyte dotąd dane będą dalej analizowane. « powrót do artykułu

Naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie odkryli, że komórki nowotworowe wykorzystują egzosomy, by komunikować się ze sobą za pośrednictwem krwiobiegu. To było duże zaskoczenie. Nie spodziewaliśmy się znaleźć w egzosomach takiej ilości markerów komórek czerniaka - podkreśla prof. Hubert Girault. Szwajcarski zespół dokonał odkrycia niemal przypadkowo. Ustalenia, które opisano na łamach periodyku Chem, dają cenny wgląd w to, jak komórki nowotworowe komunikują się ze sobą i wysyłają sobie informacje w organizmie. Akademicy wyjaśniają, że wszystkie komórki uwalniają egzosomy, które są mikroskopijnymi sferami o średnicy poniżej 100 nanometrów. Przenoszą one "informacje" w postaci kwasów nukleinowych, białek i markerów. Pracując nad wyizolowaniem egzosomów komórek czerniaka, Yingdi Zhu posłużyła się hodowlą komórkową i spektrometrią masową MALDI-TOF MS. Była w stanie zidentyfikować w egzosomach markery komórek nowotworowych dla każdego etapu wzrostu czerniaka. O ile zdrowe komórki produkują zazwyczaj mało egzosomów, o tyle komórki nowotworowe wytwarzają ich o wiele więcej. Dotąd sądzono jednak, że są one tak "rozcieńczone" we krwi, że trudno je będzie wykryć. Analizując ezgosomy pacjentów z czerniakiem, zaskoczeni naukowcy odkryli duże ilości markerów komórek nowotworowych. Prof. Girault uważa, że duża ilość markerów w egzosomach rodzi liczne pytania dot. sygnalizacji między komórkami nowotworowymi, zwłaszcza że wcześniej nie sądzono, że mogą się one komunikować na większe odległości. Ta komunikacja przygotowuje tkanki na metazję (przerzutowanie) i w ten sposób ułatwia rozprzestrzenianie komórek. Markery dają też pojęcie, jak bardzo guz jest rozwinięty. Naukowcy sugerują więc, że zamiast wykonywać biopsję, w przyszłości można by przeprowadzać test z krwi, który zapewniałby dane nt. obecności guza i stopnia jego zaawansowania, a nawet pozwalałby przewidywać reakcje na terapię. « powrót do artykułu

Dwóch inżynierów, jeden z MIT-u, drugi z Uniwersytetu Harvarda, połączyło siły i skonstruowało urządzenie, które jest w stanie wykryć pojedynczą komórkę nowotworową w próbce krwi. Potencjalnie pozwoli to stwierdzić, czy nowotwór zaczął tworzyć przerzuty. Urządzenie wielkości małej monety może również wykrywać wirusy. Profesor Mehmet Toner z Harvarda mówi, że po udoskonaleniu może powstać prosty i tani test dla krajów rozwijających się. Uczony skonstruował pierwszą wersję urządzenia już przed czterema laty. Wówczas wykorzystywało ono dziesiątki tysięcy miniaturowych słupków pokrytych przeciwciałami. Pomysł polegał na przepuszczaniu próbki krwi i uwięzieniu komórek nowotworowych przez przeciwciała. Jednak aby doszło do zatrzymania komórki, konieczne było, by dotknęła ona słupka. Projekt więc był niedoskonały, gdyż komórki mogły prześlizgiwać się pomiędzy słupkami. Toner, chcąc rozwiązać ten problem, nawiązał współpracę z Brianem Wardle, profesorem lotnistwa i astronautyki z MIT-u, który specjalizuje się w inżynierii materiałów kompozytowych. Obaj panowie opracowali urządzenie, które ośmiokrotnie lepiej od oryginału wyłapuje komórki nowotworowe. Stwierdzenie obecności takich komórek w próbce krwi jest bardzo trudne, gdyż w 1 milimetrze sześciennym występuje kilka lub kilkanaście komórek nowotworowych, ukrytych wśród miliardów innych komórek. Jednocześnie odkrycie komórek nowotoworowych jest bardzo pożądane, gdyż świadczy ono o przerzutach, a aż 90% zgonów w wyniku nowotworów to zgody spowodowane przerzutami, a nie oryginalnym guzem. Uczeni wykorzystali doświadczenie Wardle'a w pracy z węglowymi nanorurkami i stworzyli urządzenie, które zawiera od 10 do 100 miliardów bardzo porowatych nanorurek na centymetrze kwadratowym. Mimo tak olbrzymiej ich ilości całość składa się w 99% z powietrza, a w 1% z węgla, płyn może więc swobodnie przepływać. Nanorurki można pokryć różnymi rodzajami przeciwciał. Jednak sam fakt, że krew może przepływać zarówno wokół nanorurek jak i przez pory w nich występujące spowodował, iż wyłapanie komórki nowotworowej jest ośmiokrotnie bardziej prawdopodobne niż w konstrukcji z krzemu. Ponadto manipulując położeniem i kształtem nanorurek można tworzyć urządzenia do wykrywania zarówno stosunkowo dużych komórek, jak i niewielkich wirusów. Obecnie uczeni pracują nad przystosowaniem swojego urządzenia do wykrywania wirusa HIV, a urządzenie wyłapujące komórki nowotworowe przechodzi już testy w kilku szpitalach. Może ono trafić na rynek w ciągu najbliższych kilku lat.

Badanie wytrzymałości mechanicznej warstwy śluzowej komórek nowotworowych i jej związków z budową pozwoli opracować skuteczniejsze metody leczenia. Wyjaśnia też, czemu niektóre z tych komórek są bardziej lekooporne od innych. Jak tłumaczy prof. Kai-tak Wan z Northwestern University, wszystkie tkanki wydzielają śluz - warstwa śluzowa chroni np. komórki żołądka przed działaniem kwasu solnego - ale komórki nowotworowe produkują go o wiele więcej. W obrębie śluzu występują białkowe "łodygi" i cukrowe odgałęzienia. Niektórzy porównują to do grzebienia, inni do liści paproci. Jakkolwiek by się nie kojarzyła, splątana struktura stanowi fizyczną barierę, przez którą często leki nie mogą się przedostać. Nadmiar śluzu ułatwia też odrywanie się od okolicznych komórek i podróż przez organizm, czyli tworzenie przerzutów. Współpracujący z Wanem prof. Robert B. Campbell z Massachusetts College of Pharmacy and Health Sciences (MCPHS) prowadzi badania nad czynnikami chemicznymi ograniczającymi tworzenie rozgałęzionej bariery śluzowej, aby leki mogły się przez nią przebić. Do testów, podczas których sprawdzano, na ile różne związki sprawdzają się w tej roli, wykorzystano skanującą sondę, zwaną roboczo dźwigienką lub ostrzem, mikroskopu sił atomowych. Im mniejszy opór stawiał śluz, tym mniej był rozgałęziony. Okazało się, że zahamowanie tworzenia łańcuchów bocznych znacznie zmniejszyło energię potrzebną do przebicia bariery śluzowej w komórkach nowotworowych płuc, piersi, trzustki, jelita grubego i jajnika. W ostatnim przypadku chodziło o komórki typu dzikiego, ponieważ w przypadku wielolekoopornych komórek raka jajnika nie odnotowano właściwie żadnej zmiany. Wg Wana, warstwa śluzu wytwarzana przez oba typy komórek inaczej reaguje na te same związki chemiczne.

Cechą wyróżniającą nowotwory jest nieśmiertelność ich komórek - komórki rakowe mogą namnażać się bez żadnych ograniczeń, ponadto nie reagują na żadne hamujące sygnały. Hiszpańscy naukowcy z IRB (Institute for Research in Biomedicine) w Barcelonie poczynili ważny krok do zrozumienia tego fenomenu: czym komórki nowotworowe odróżniają się od zdrowych? Żadna komórka nie wykorzystuje całości materiału genetycznego, a jedynie jego część - w tym tkwi istota różnicowania się i specjalizacji komórek organizmu. Cayetano Gonzalez wykorzystał technikę monitorowania aktywności genów do porównania komórek zdrowych z nowotworowymi. Pod lupę trafiły larwy muszek owocowych, u których wywołano raka mózgu przez modyfikację genu l(3)mbt. Jak się okazało, komórki nowotworu aktywowały 102 geny, które u zdrowych komórek są wyłączone. Nie jest znana funkcja większości z tych genów, ale 25% z nich to geny używane przez komórki rozrodcze. Zidentyfikowano cztery geny, których wyciszenie eliminowało nowotwór całkowicie. Świadczy to o ich kluczowej roli dla powstawania guza. Pokrywa się to z danymi gromadzonymi przez ostatnie lata, które świadczą, że wiele postaci raka u ludzi, w tym na przykład czerniak, posiada aktywne geny właściwe dla komórek rozrodczych. Znajomość tego faktu pozwoli być może na wykorzystanie białek właściwych dla ekspresji tych genów w roli „znaczników celu" i stworzenie skutecznych, celowanych szczepionek. Badania nad dokładną rolą aktywnych genów w nowotworzeniu będą kontynuowane. Studium Cayetano Gonzaleza opublikowano w Science.

Nanocząstki złota znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach ludzkiego życia, m.in. elektronice czy w walce z rakiem. Podczas ich wytwarzania stosuje się jednak toksyczne związki, np. kwasy, a sam proces nie jest przyjazny dla środowiska. Prof. Kattesh Katti i jego zespół z University of Missouri-Columbia znaleźli na to sposób rodem z każdej niemal kuchni – cynamon. Nowa metoda nie wymaga wykorzystania prądu ani toksycznych chemikaliów. Wystarczy zmieszać sole złota z cynamonem i wstrząsnąć w wodzie. Z naszych badań nad zieloną nanotechnologią jasno wynika, że cynamonowiec – i inne gatunki takie jak zioła, a konkretnie ich liście i nasiona – będzie służyć jako rezerwuar fitozwiązków i ma zdolność przekształcania metali w nanocząstki – podkreśla Katti. Podczas eksperymentów zauważono, że podczas tworzenia nanocząstek z cynamonu uwalniane są substancje czynne. Katti uważa, że po połączeniu tych fitozwiązków z nanocząstkami złota da się stworzyć leki antynowotworowe nowej generacji. Po dostaniu się do wnętrza komórek rakowych substancje roślinne mogłyby asystować w procesie ich destrukcji albo obrazowaniu. Nasze nanocząstki złota są nie tylko ekologicznie [...] łagodne, ale i biologicznie aktywne w stosunku do komórek nowotworowych. Wyniki badań ukazały się w jesiennym wydaniu Pharmaceutical Research.

Hamlet to nie tylko półlegendarny książę Jutlandii, tytułowy bohater tragedii Szekspira, ale i substancja z ludzkiego mleka, która zabija komórki nowotworowe. Co prawda HAMLET-a (od ang. Human Alpha-lactalbumin Made LEthal to Tumour cells) odkryto już parę lat temu, ale dopiero teraz Szwedzi z Uniwersytetów w Lund i Göteborgu zademonstrowali, że po każdorazowym podaniu pacjentom z nowotworem pęcherza martwe komórki rakowe były wydalane z moczem. Przekonformowaną ludzką α−laktoalbuminę HAMLET, zdolną w nowej postaci konformacyjnej do uśmiercania komórek nowotworowych, odkryto przez przypadek podczas badania antybakteryjnych właściwości ludzkiego mleka. Dalsze analizy wykazały, że HAMLET składa się z białek i kwasów tłuszczowych. I jedne, i drugie występują naturalnie w ludzkim mleku, ale dotąd nie udowodniono, że kompleks HAMLET spontanicznie tworzy się w mleku. Spekuluje się jednak, że do jego uformowania dochodzi w kwaśnym środowisku żołądka oseska. Eksperymenty laboratoryjne zademonstrowały, że HAMLET zabija komórki 40 rodzajów nowotworów. Obecnie rozpoczynają się testy dot. nowotworów skóry, błon śluzowych i mózgu. Co ważne, laktoalbumina wpływa tylko na zmienione chorobowo komórki. Specjaliści z Göteborga zajmują się kwestią dostarczania HAMLET-a do guzów, ale to tylko część zakrojonych na szerszą skalę badań.

Liczne owoce, np. truskawki, winogrona czy jagody, zawierają substancje zdolne do zabijania komórek nowotworowych. Wynika tak z badań przeprowadzonych przez dr Susan Zunino z amerykańskiego Zachodniego Centrum Badań nad Żywnością. Kolejny etap to ustalenie, jak silny jest wpływ substancji zawartych w codziennym pożywieniu człowieka na komórki nowotworowe. Pani doktor skupiła się w swoich badaniach na ostrej białaczce limfoblastycznej, jednym z często występujących u dzieci nowotworów. Już wcześniej wiadomo było, że kilka substancji zawartych w pożywieniu jest w stanie zabijać komórki białaczkowe. Należą do nich, m.in.: karnozol zawarty w rozmarynie, kurkumina, resweratol obecny w winogronach (jest skuteczniejszy, gdy spożywany w winie!), a także kilka składników zawartych w truskawkach - kwas elagowy, kaempferol i kwercetyna. Aby zbadać terapeutyczne działanie wspomnianych związków, dr Zunino używała komórek nowotworowych i porównywała skuteczność ich zabijania przez określone składniki. Uzyskane wyniki porównywano w odniesieniu do zdrowych komórek ludzkich. Do tej pory nie wiadomo dokładnie, na czym dokładnie polega lecznicze działanie substancji pochodzenia roślinnego. Nie jest też dokładnie znany mechanizm, dzięki któremu są one neutralne lub nawet korzystne dla zdrowych komórek, natomiast atakują nowotwór. Dotyczy to nawet cząsteczek określanych od dawna jako lecznicze, np. resweratolu. Badania dr Zunino dostarczają jednak istotnych informacji na ten temat. Udowodniła na przykład, że niektóre substancje roślinne wpływają na czynność mitochondriów - centrów energetycznych komórki, odpowiadających za wytwarzanie energii na potrzeby metabolizmu. Pozbawione mitochondriów komórki szybko obumierają. Wciąż nie wiadomo jednak, dlaczego resweratol atakuje niemal wyłącznie mitochondria komórek białaczkowych, pozostawiając zdrowe w nienaruszonym stanie. Ambitną panią biolog czeka z pewnością jeszcze wiele pracy. Miejmy nadzieję, że dokonanych zostanie jeszcze wiele odkryć, które poprawią stan naszej wiedzy na temat licznych chorób trapiących ludzkość.

Pracujący z amerykańskim Narodowym Instytutem Zdrowia naukowcy donoszą o stworzeniu nowej metody, która pozwala na zbadanie zawartości tlenu w guzie nowotworowym bez uzyskiwania bezpośredniego dostępu do jego wnętrza. Technologia ta ma szansę stać się ważnym krokiem naprzód, pozwalającym na optymalizację terapii u indywidualnych pacjentów. Może to mieć bezpośredni wpływ na ogólną skuteczność leczenia wielu typów nowotworów. Dlaczego badanie poziomu tlenu w guzie jest tak ważne? Jest to istotne przede wszystkim podczas planowania radioterapii. Stosowane w tej procedurze promieniowanie ma na celu uszkodzenie DNA chorych komórek i w efekcie ich zabicie. Przeważnie nie dzieje się to jednak bezpośrednio, lecz właśnie za pośrednictwem tlenu i jego związków. Cząsteczki tego życiodajnego gazu rozpadają się pod wpływem uderzających w nie fal na tzw. wolne rodniki, które trwale uszkadzają DNA komórek. Z tego powodu dokładna znajomość ilości tlenu w nowotworze może być istotna podczas decyzji o wyborze odpowiedniego leczenia. Kolejnym powodem, dla którego pomiar stężenia tlenu jest tak bardzo istotny, jest jego wpływ na złośliwość guza. Udowodniono bowiem, że guzy wysycone tlenem w mniejszej ilości mają znacznie wyraźniejszą tendencję do tworzenia przerzutów. Są także trudniejsze do usunięcia, gdyż żyjąc długo w stanie niedotlenienia, "zahartowały się" i nabrały oporności na wiele typów terapii. Obniżona ilość tlenu zmniejsza także podatność guza na chemioterapię, lecz mechanizm tego zjawiska nie jest do końca zrozumiały. Obecnie lekarze są w stanie zbadać ilość tlenu w chorej tkance wyłącznie poprzez bezpośredni pomiar pobranego wycinka. Jest to metoda prosta i tania, lecz, niestety, często nieosiągalna (np. wtedy, gdy guz jest położony zbyt głęboko). Z odsieczą przybyli specjaliści z zakresu fizyki medycznej i diagnostyki obrazowej. Stworzyli oni system łączący dwie techniki badania metodą rezonansu magnetycznego, który ma szansę zrewolucjonizować proces planowania leczenia nowotworów. Na wspomniany tandem składają się dwa rodzaje badań: elektronowy rezonans paramagnetyczny oraz jądrowy rezonans magnetyczny. Pierwsza z nich pozwala wykryć związki z nieparzystą liczbą elektronów, czyli wolne rodniki. To właśnie one bezpośrednio uszkadzają DNA, prowadząc tym samym do śmierci komórki. Z kolei jądrowy rezonans magnetyczny to technika pozwalająca na określenie rozmieszczenia atomów poszczególnych pierwiastków w organizmie. Połączony obraz z obu tych badań pozwala określić, ile tlenu znajduje się w nowotworze oraz jaka jest jego zdolność do wytwarzania toksycznych dla DNA wolnych rodników. To z kolei pozwala przewidzieć, jak skuteczna będzie radioterapia w niszczeniu nieprawidłowych komórek. Dr Mark Dewhirst, profesor specjalizujący się w tematyce radioterapii onkologicznej, komentuje odkrycie następująco: Obrazowanie opisane w tym badaniu dostarcza wszelkich informacji pozwalających na ocenę poziomu tlenu w guzach, a także umożliwia ocenę przyczyn jego ewentualnego niedoboru w nowotworze. W związku z tym, że technika jest całkowicie nieinwazyjna dla pacjenta, można ją wykonywać wielokrotnie i w ten sposób oceniać na bieżąco skuteczność leczenia. Niestety, istnieją też spore problemy związane z rozwojem tej technologii. Najważniejszy z nich wynika z faktu, że dotychczas urządzenie testowano wyłącznie na myszach, co może przynieść problemy przy próbie "przeniesienia" badań na człowieka. Z tego powodu niezbędne jest przeprowadzenie jeszcze wielu testów na różnych gatunkach zwierząt, by w końcu, jeśli wszystko dobrze pójdzie, uruchomić testy na pacjentach.

Specjalnie zmodyfikowany wirus pęcherzykowatego zapalenia jamy ustnej (vesicular stomatitis virus) jest w stanie zabijać komórki nowotworowe w mózgu - dowodzi seria eksperymentów, których wyniki opublikowano w czasopiśmie The Journal of Neuroscience. Co ważne, terapia ta nie powoduje praktycznie żadnych efektów ubocznych, tzn. nie uszkadza zdrowych komórek układu nerwowego. Najważniejsze jest to, że wirus jest w stanie penetrować mózg i odnaleźć nawet komórki, które oddzieliły się od pierwotnego guza - mówi dr Harald Sontheimer z Uniwersytetu Alabama, oceniając dokonanie naukowców. Zakładając, że wirus zadziała podobnie u ludzi, w przyszłości możemy wykorzystać go jako nowoczesną i wysoce skuteczną metodę zwalczania opornych guzów ulokowanych w mózgu. Eksperyment był ukoronowaniem sześcioletnich badań nad interakcjami wirusów z komórkami i sposobem, za pośrednictwem którego dochodzi do zainfekowania. Zespołowi, pracującemu dla Uniwersytetu Yale, przewodził dr Anthony van den Pol. Wirusa pęcherzykowatego zapalenia jamy ustnej wybrano ze względu na jego zdolność do selektywnego infekowania komórek nowotworowych. Mówiąc dokładniej: atakuje on wyłącznie komórki dzielące się, takie jak nowotworowe. Tymczasem "zdrowe" neurony nie dzielą się, toteż nie są przez wirusa atakowane. W czasie eksperymentu myszom z upośledzeniem odporności podano specjalnie przygotowane komórki raka płuc oraz piersi - są to dwa nowotwory, które najczęściej dają przerzuty do tego organu. Myszy z wadliwym systemem odpornościowym wybrano, aby ułatwić ten proces. Po potwierdzeniu zasiedlenia mózgu przez komórki nowotworowe, myszom podano wirusa. Dodatkowym ułatwieniem infekcji okazał się odkryty przy okazji badań fakt, że naczynia krwionośne wewnątrz guza mogą - w przeciwieństwie do naczyń penetrujących zdrową tkankę - przeciekać, ułatwiając w ten sposób wydostawanie się wirusa do nowotworu. Zmodyfikowany wirus był równie efektywny w niszczeniu przerzutów raka piersi oraz płuc do mózgu. Atakował także komórki nowotworowe w innych częściach ciała, gdy dochodziło do infiltracji innych tkanek przez raka. Do udoskonalenia terapii oraz zbadania poziomu jej bezpieczeństwa potrzebne są dalsze badania. Konieczne jest m.in. zbadanie prawdopodobieństwa zaatakowania przez wirusa zdrowych neuronów oraz opracowanie ewentualnych środków minimalizujących to ryzyko. Z pewnością możemy więc oczekiwać jeszcze wielu pasjonujących odkryć w tej dziedzinie.

Badacze z Carnegie Mellon University wprowadzali do guzów kropki kwantowe i dzięki temu mogli obserwować w bliskiej podczerwieni tzw. węzły wartownicze (ang. sentinel lymph node, SLN), czyli węzły chłonne znajdujące się najbliżej ogniska nowotworowego. Zespół dr. Byrona Ballou wykorzystał pokryte polimerami, rozpuszczalne w wodzie kropki kwantowe (Bioconjugate Chemistry). Mapowanie węzłów jest o tyle ważne, że w wielu typach nowotworów przerzuty pojawiają się najpierw właśnie w węzłach wartowniczych. Po wstrzyknięciu kropek bezpośrednio do tkanki guza śledzono ich przemieszczanie się za pomocą analizy fluorescencyjnej w bliskiej podczerwieni, nie uszkadzając przy tym powłok skórnych. Okazało się, że kropki kwantowe niemal natychmiast opuszczały guz wraz z chłonką. Szybko uwidaczniała się sieć połączeń limfatycznych, poprzez którą rozprzestrzeniają się komórki nowotworowe. Mimo zastosowania wielu odmian kropek kwantowych, naukowcy nie zaobserwowali różnic we fluorescencji węzłów chłonnych. Kropki wstrzykiwano różnym zwierzętom, w tym myszom. Obserwowano je od momentu iniekcji przez 2 lata, nie zauważono jednak żadnych toksycznych efektów, choć nawet po tak długim czasie cząsteczki dało się w organizmie wytropić.

Naukowcy odkryli sposób, w jaki składnik pikantnych papryczek, kapsaicyna, zabija komórki nowotworowe. Okazało się, że związek ten atakuje centra energetyczne komórki, czyli mitochondria. Poczyniwszy takie spostrzeżenia, badacze zaczęli się zastanawiać, czy nie można by opracować działających na podobnej zasadzie leków (chemioterapeutyków). Wierzą, że udało się natrafić na piętę achillesową nowotworów. Kapsaicynę testowano na hodowlach komórek ludzkich nowotworów płuc i trzustki. Szef badań, dr Timothy Bates, podkreśla, że biochemia mitochondriów komórek nowotworowych jest zupełnie inna niż w zdrowych komórkach. Stężenie kapsaicyny wywołujące apoptozę w komórkach rakowych nie zadziała w ten sam sposób na te drugie. Fakt, że kapsaicyna i inne waniloidy są już składnikami diety, uspokaja, iż można je bezpiecznie spożywać. Kapsaicyna jest, na przykład, stosowana w terapii zmęczenia mięśni oraz łuszczycy. Warto się więc zastanowić nad zaadaptowaniem miejscowego leczenia za ich pośrednictwem do określonych nowotworów skóry. Możliwe także, że pacjentom onkologicznym lub z tzw. grup ryzyka zalecać się będzie menu z dużą zawartością pikantnych składników [...]. Josephine Querido z brytyjskiego Cancer Research ma jednak sporo wątpliwości. Po pierwsze, uważa, że omawiane badania nie wykazały, iż "napychanie się" chilli pomaga leczyć lub zapobiegać nowotworom. Po drugie, według niej, studium wykazało, że kapsaicyna działa na laboratoryjne kultury komórkowe, a nie na tkanki w żywym organizmie.

Naukowcy z University of Missouri-Columbia opracowali technikę zwaną detekcją fotoakustyczną, która pozwala wychwycić dźwięk wydawany przez komórki czerniaka złośliwego. Twierdzą, że ich metoda jest tak czuła, że umożliwia onkologom wykrycie w próbce krwi 10 (!) komórek nowotworowych. To niezwykle ważne, ponieważ ma to miejsce na etapie, zanim dostaną się one do innych narządów, tworząc przerzuty. Badacze napisali na łamach magazynu Optics Letters, że wykorzystali łącznie 3 różne technologie: laserową, optyczną oraz akustyczną. Za pomocą lasera zmuszają komórki nowotworowe do drgania, a następnie wyłapują wydawane przez nie charakterystyczne dźwięki. Mikroskopijne czarne granulki melaniny, które znajdują się w komórkach rakowych, absorbują energię światła niebieskiego lasera. Kiedy rozciągają się i kurczą, wydają specyficzny trzeszczący dźwięk. Jest on wyłapywany przez mikrofony i komputerowo analizowany. Jak tłumaczy John Victor, inżynier zajmujący się biomedycyną, inne ludzkie komórki nie zawierają pigmentu o tym samym kolorze co melanina, a więc wydawane przez nią odgłosy wybijają się na tle szumu. Jedynym wyjaśnieniem, dlaczego melanina znajduje się w krwi, jest obecność komórek czerniaka złośliwego. Na wykonanie testu potrzeba ok. 30 minut. Badanie krwi pozwala uspokoić pacjentów, którym operacyjnie usunięto nowotwory, że wszystko jest w porządku lub umożliwia onkologom podjęcie szybkiej decyzji o rozpoczęciu chemioterapii. Z powodu obecności melaniny czerniaki są na razie jedynymi nowotworami, które można w ten sposób wykrywać. W przypadku innych raków naukowcy planują jednak zastosowanie sztucznie wprowadzanych materiałów, mogących absorbować światło i emitować dźwięki.