Исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме пролили новый свет на то, как клетки, называемые глиомами, мигрируют в головном мозге и вызывают разрушительные опухоли. Результаты, опубликованные 19 июня 2014 года в Nature Communications, показывают, что глиомы – злокачественные глиальные клетки – нарушают нормальные нейронные связи и нарушают контроль кровеносных сосудов.
Исследование дает представление о механизмах распространения клеток глиомы по головному мозгу в качестве разрушительной формы рака мозга и потенциально предлагает заманчивую возможность для лечения.
Отличительной чертой глиом является то, что клетки могут мигрировать от центральной опухоли, вторгаясь в здоровую ткань мозга. Даже если опухолевое образование удаляется хирургическим путем, мигрировавшие злокачественные клетки остаются и могут перерасти в новую опухоль.
Для роста клеткам глиомы необходим доступ к питательным веществам в системе кровоснабжения, и известно, что глиомы перемещаются по кровеносным сосудам в головном мозге. Теперь исследователи в лаборатории нейробиолога Харальда Зонтхаймера, доктора философии.D., профессор кафедры нейробиологии UAB обнаружил, что при движении глиомы вытесняют концы астроцитов, которые играют важную роль в регулировании кровотока в головном мозге.
Астроциты – это клетки головного мозга в форме звезды, которые окружают кровеносные сосуды и соединяются с ними через выступы, называемые концами, которые отходят от астроцита и прикрепляются к стенке сосуда. Поверхность почти каждого кровеносного сосуда в головном мозге покрыта кончиками пальцев, которые регулируют работу гладкомышечных клеток на стенках кровеносных сосудов. Через это соединение мышечным клеткам могут быть даны инструкции сужать кровеносный сосуд и ограничивать кровоток или расширять сосуд и увеличивать кровоток.
Зонтхаймер, директор Центра глиальной биологии в медицине UAB, говорит, что, поскольку человек выполняет различные неврологические функции, кровоток должен увеличиваться в областях, ответственных за эту функцию, и, соответственно, уменьшаться в других областях для поддержания баланса.
Появление клетки глиомы все меняет.
"Клетки глиомы, движущиеся по кровеносным сосудам, буквально перерезают соединение кончиков астроцитов с сосудами и отталкивают их," сказал Зонтхаймер. "Нарушая эту важную нейронную связь, можно ожидать неблагоприятных когнитивных эффектов. Кроме того, наше исследование показало, что глиомы затем берут под контроль кровеносные сосуды для своих целей. И эти цели заключаются в первую очередь в получении питательных веществ из крови, чтобы они могли продолжать расти и распространяться."
Команда Зонтхаймера говорит, что клетки глиомы имеют тенденцию собираться в местах соединения кровеносных сосудов, как если бы они разбили лагерь у ручья, где он впадает в реку. Готовый запас питательных веществ позволит клетке вырасти в большую опухолевую массу.
Путешествуя по внешней стороне кровеносного сосуда, клетки глиомы получают доступ к питательным веществам из кровотока. Побочным эффектом этого процесса является повреждение гематоэнцефалического барьера. Барьер, слой эндотелиальных клеток, защищает мозг, ограничивая попадание вредных веществ из кровотока в ткани мозга.
"Мы обнаружили, что, когда глиомы отталкивают концы астроцитов, нарушается целостность эндотелиальных клеток, составляющих гематоэнцефалический барьер," сказала Стефани Робель, доктор философии.D., научный сотрудник лаборатории Зонтхаймера и соавтор исследования. "Барьер ослабевает и начинает протекать. Утечка через барьер может вызвать серьезное повреждение ткани мозга."
"Эта утечка, по-видимому, является следствием миграции клеток глиомы по кровеносным сосудам в поисках питательных веществ," сказала Стейси Уоткинс, M.D./ Ph.D. студент лаборатории Зонтхаймера и соавтор. "Когда клетки глиомы контактируют с сосудами, они получают прямой доступ к питательным веществам."
Но среди пагубных последствий, которые наблюдала команда Зонтхаймера – отрыв конечностей от их кровеносных сосудов, нарушение нормальной мозговой деятельности, нарушение контроля над кровеносными сосудами и нарушение гематоэнцефалического барьера – он говорит, что это может быть серебряная подкладка. Идея о том, что глиомы заставляют гематоэнцефалический барьер становиться пористым и протекать, может открыть новые возможности для уничтожения злокачественных клеток по мере их миграции.
Химиотерапия, обычно вводимая внутривенно, не считается эффективной стратегией для уничтожения глиом. Химиотерапевтические агенты очень эффективны в уничтожении раковых клеток в других частях тела, но преобладает мнение, что такие лекарства не преодолеют гематоэнцефалический барьер и, следовательно, не достигнут своей цели.
"Химиотерапия обычно не применяется в случаях глиомы до тех пор, пока не будут применены другие методы лечения, такие как хирургическое вмешательство и лучевая терапия," Зонтхаймер сказал. "Наши результаты, которые предполагают, что глиомы фактически ослабляют гематоэнцефалический барьер и вызывают утечку, могут указывать на то, что высокие дозы внутривенной химиотерапии, используемые на ранней стадии после диагноза рака мозга, будут полезны."
Исследование, финансируемое Национальными институтами здравоохранения и Американской ассоциацией опухолей головного мозга, проводилось на клинически значимой мышиной модели злокачественной глиомы человека.
Зонтхаймер говорит, что следующим логическим шагом будет дальнейшее изучение когнитивного воздействия разрыва связи концевых ног астроцитов с кровеносными сосудами.