Ученые «расшифровали» раковые клетки и обещают революцию в лечении. Суть открытия в 100 и 500 словах

• Николай Воронин
• Корреспондент по вопросам науки

7 февраля 2020

Автор фото, Science Photo Library

Международная команда ученых впервые полностью расшифровала генетическую информацию 38 видов раковых клеток, составив исчерпывающий каталог мутаций ДНК, приводящих к развитию онкологических заболеваний.

Беспрецедентное по масштабу исследование «Анализ полного генома всех видов рака» (PCAWG) заняло более 10 лет. В работе приняли участие около 1300 генетиков из 37 стран, а ее результаты были опубликованы в четверг сразу в двух десятках научных журналов.

По словам самих ученых, причины возникновения рака можно сравнить с пазлом, состоящим из 100 тысяч кусочков. До сегодняшнего дня мы пытались собрать общую картину, имея на руках лишь каждый сотый фрагмент, и лишь теперь можем взглянуть на нее целиком.

«С помощью собранной информации о происхождении и развитии опухолей мы можем разработать новые способы ранней диагностики рака, более направленные методы терапии — и лечить пациентов с большим успехом», — заявил член координационного комитета PCAWG Линкольн Стайн.

Русская служба Би-би-си коротко (в 100 словах) и чуть подробнее (в 500 словах) объясняет, в чем суть этой беспрецедентной работы и как она может произвести революцию в онкологии.

Причина любого рака — мутации в ДНК. Однако ученым мало известно о том, где именно и почему происходит поломка генетического кода, ведущая к возникновению раковой опухоли.

Участники проекта PCAWG полностью расшифровали генетическую информацию раковых клеток почти 2800 пациентов, страдающих от 38 разных видов онкологических заболеваний.

Автор фото, Getty Images

В результате было сделано несколько десятков открытий — от количества и точного расположения так называемых драйверных мутаций (то есть ведущих к развитию опухоли) до неожиданных генетических совпадений у раковых клеток различных тканей.

В том числе выяснилось, что предрасположенность к некоторым видам рака может сформироваться за несколько десятилетий до постановки диагноза — иногда в детском возрасте.

Рак — это не одно заболевание, возникающее в разных органах, а общее название для двух сотен различных болезней, протекающих по одной и той же схеме. Одна из клеток ткани мутирует — и начинает быстро и бесконтрольно делиться, формируя опухоль.

Поломка происходит на генном уровне, но до сегодняшнего дня, пытаясь понять ее возможные причины, ученые в основном анализировали лишь «полезную ДНК» — ту часть генома, в которой закодированы белки и которая составляет лишь около 2% всей наследственной информации.

Оставшаяся часть генетического кода, известная как «мусорная ДНК», не вызывала особого интереса, поскольку заключенная в ней информация не отвечает за производство белков — строительных материалов клетки — и вообще долгое время считалась рудиментарной (то есть накопившейся в процессе эволюции, но утратившей полезные функции).

Термин «мусорная ДНК» был введен около 50 лет назад и позже признан не вполне корректным, когда обнаружилось, что некоторые фрагменты «бесполезного» генома выполняют другие важнейшие функции для поддержания жизни клетки.

Было решено расшифровать генетическую информацию раковых клеток целиком, чтобы отследить и изменения в некодирующих генах.

Автор фото, Getty Images

В результате ученые обнаружили тысячи генетических мутаций и описали более 80 процессов, ведущих к поломке генетического кода. Одни из них вызваны возрастными изменениями, другие передаются по наследству, третьи могут быть связаны с вредными привычками или диетой.

Одно из главных открытий состоит в том, что один и тот же вид рака могут вызывать абсолютно разные наборы мутаций. В клетках рака легких было обнаружено до 100 тысяч мутировавших генов, а в некоторых образцах детского рака мутации можно было пересчитать по пальцам.

«Самое удивительное открытие — это то, насколько сильно раковый геном одного пациента отличается от генома раковых клеток другого», — заявил член координационного комитета PCAWG Питер Кэмпбелл.

Однако были выявлены и неожиданные совпадения — например, одна и та же драйверная мутация может привести к развитию рака груди у женщин или рака простаты у мужчин. А значит, методы лечения, разработанные для рака груди, могут оказаться эффективными и в лечении рака простаты.

Некоторые сделанные открытия дают возможность значительно более ранней диагностики заболевания — в частности, выяснилось, что некоторые виды рака начинают формироваться на генетическом уровне задолго до развития опухоли, иногда за несколько лет или даже десятилетий.

«Это показывает, что у нас есть намного больше возможностей раннего вмешательства [в ситуацию], чем мы думали раньше», — уверяет Кэмпбелл.

Кроме того, составленный по итогам исследования каталог мутаций поможет избежать постановки неверного диагноза, что иногда случается из-за совпадения симптомов разных видов заболевания.

Однако в 5% образцов раковых клеток вообще не было выявлено драйверных мутаций — а это значит, что точное место критической поломки генетического кода еще предстоит установить.

«Если мы поймем, что происходит с нашими здоровыми органами по мере старения, что заставляет мутации накапливаться, почему некоторые клоны бесконечно размножаются, а некоторые угасают, как на этот баланс влияет образ жизни — тогда мы сможем придумать способы раннего вмешательства, чтобы предотвратить или замедлить развитие неизлечимых видов рака», — заключает профессор Кэмпбелл.

почему раковые клетки избегают самоуничтожения при недостатке кислорода — РТ на русском

Российские и шведские учёные описали механизм, с помощью которого раковые клетки избегают гибели. Оказалось, что недостаток в них кислорода нарушает синтез белков, которые в нормальных условиях могут самостоятельно устранить опухоль в организме. Исследователи полагают, что в будущем это открытие поможет разработать лекарства, способные «обойти» систему выживания злокачественных клеток.

Биологи Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Каролинского института, крупнейшего в Европе медицинского университета (Швеция), описали механизм, с помощью которого раковые клетки избегают гибели. Открытие может быть использовано при разработке противоопухолевых препаратов, считают учёные. Об этом RT сообщили в пресс-службе поддержавшего эту работу Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemico-Biological Interactions.

В основе действия описанного учёными механизма лежит апоптоз, то есть процесс программируемой клеточной гибели. В результате апоптоза клетка быстро распадается на фрагменты, которые поглощаются другими клетками, и при этом не возникает воспалительной реакции. Так человеческий организм избавляется от клеток, в ДНК которых накопилось слишком много случайных мутаций. Искусственно вызывая апоптоз в злокачественных опухолях, можно заставить клетки убивать самих себя, утверждают специалисты.

Ещё в 2002 году оксфордские учёные установили, что большинство опухолей развиваются при гипоксии, то есть в условиях недостаточного кровоснабжения и обеспечения клеток кислородом. Однако до сих пор было непонятно, какой именно механизм помогает раковым клеткам избегать самоуничтожения в этих неблагоприятных для здоровых клеток условиях.

• Механизм, с помощью которого раковые клетки избегают гибели при недостатке кислорода
• © Владимир Гогвадзе / МГУ

В новом исследовании российские и шведские биологи смоделировали условия гипоксии для клеток опухолей кишечника и лёгких. Результаты эксперимента показали, что нехватка кислорода в клетках вызвала уменьшение количества определённых белков — представителей семейства Bcl-2. Они создают поры в стенках митохондрий (энергетических станций клетки), через которые в цитоплазму выходят своего рода «яды», запускающие гибельные для поражённой клетки процессы.

Также по теме

«Помощь мирового уровня»: онколог Хатьков — о методах диагностики и лечения рака в России

Почётное членство в Американской ассоциации хирургов позволит продвигать молодых блестящих российских врачей на международном уровне,. ..

Как выяснилось, чтобы вернуть клетки опухоли на путь программируемой гибели, нужно искусственно активировать белок-регулятор р53, который управляет выработкой белков семейства Bcl-2.

Как объяснил RT автор публикации доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории исследования механизмов апоптоза факультета фундаментальной медицины МГУ Владимир Гогвадзе, для разработки эффективного метода лечения злокачественных новообразований необходимо прежде всего изучить, каким способом можно преодолеть устойчивость раковых клеток к гибели.

«Для этого в дальнейших исследованиях мы планируем проверить, как действуют на опухоли вещества, активирующие белок р53 или же стимулирующие работу митохондрий при недостатке кислорода. Возможно, это станет основой для создания новых препаратов против рака», — подытожил Гогвадзе.

Раковые стволовые клетки | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

Победить рак человечеству пока не удалось. Но это не повод не замечать успехи, достигнутые учёными и медиками, причём не только в диагностике и терапии онкологических заболеваний, но и, самое главное, в понимании их природы.

Если бы несколько лет назад меня спросили, имеются ли различия между отдельными клетками раковой опухоли человека, я бы ответил, что все эти клетки одинаковы. Теперь – за последние 2-3 года – мы поняли, что на самом деле в раковой опухоли имеются стволовые клетки и что именно они ответственны за её рост.

Так формулирует одно из важнейших открытий последнего времени в области онкологии Роберт Уайнберг (Robert A. Weinberg), профессор клеточной и молекулярной биологии, сотрудник института Уайтхеда в Бостоне. Его родители, немецкие евреи, бежали из нацистской Германии в США. Роберт родился уже в Питтсбурге, штат Пенсильвания. Широкую известность в научных кругах Уайнберг получил в конце 70-х годов, когда открыл первый онкоген, то есть ген, способный вызывать злокачественное перерождение здоровых клеток, их превращение в раковые. С тех пор профессор Уайнберг принадлежит к мировой элите онкологов. Вот уже более четверти века он работает в Институте Уайтхеда, одном из ведущих центров фундаментальных исследований в области биологии и медицины. И всё это время профессор Уайнберг и его группа ищут ответ на вопрос: что заставляет нормальную здоровую клетку трансформироваться в раковую? Исследователи провели поистине бесчисленное количество лабораторных экспериментов – и на клеточных культурах, и на подопытных животных:

Только в 1999-м году мы пришли, наконец, к заключению, что для превращения нормальной клетки в злокачественную необходимы пять различных мутаций. Именно эти пять генов играют ключевую роль в процессе ракового перерождения здоровых клеток самых различных тканей и органов. Однако эти данные получены в ходе опытов на животных, и мы не знаем, могут ли они быть перенесены на людей. Возможно, что в организме человека таких ключевых онкогенов не пять, а шесть или семь. Пока мы этого не знаем.

Сегодня сотни учёных заняты поиском мутаций, характерных для тех или иных форм рака. Ведётся работа в рамках целого ряда проектов, которые можно условно назвать «раковый геном»: используя современные методы скоростного секвенирования, исследователи определяют полные наборы наследственной информации в каждой отдельной раковой клетке, то есть все заключённые в ней три с лишним миллиарда нуклеотидных оснований, и сравнивают с таким же набором в здоровой клетке. Цель состоит в том, чтобы выявить типичные изменения наследственного материала и найти мишень для новых биологически активных веществ, подавляющих те или иные виды опухолей. Однако сегодня всё больше исследователей выражают сомнения в перспективности такого подхода, поскольку многие свойства и особенности раковых опухолей не поддаются объяснению одними только генетическими факторами. Эти учёные делают ставку на изучение клеток как таковых.

Начало было положено в 1997-м году, когда канадский исследователь Джон Дик (John E. Dick), профессор медицинской генетики и микробиологии Торонтского университета, выделив раковые клетки из крови пациентов, страдающих одной из наиболее агрессивных форм рака крови – так называемого острого миелолейкоза, – ввёл их в кровь лабораторным мышам.

Большинство этих клеток вскоре погибли, так и не вызвав злокачественных новообразований у подопытных животных. Но профессору Дику удалось также изолировать и описать популяцию особых раковых клеток, неизменно вызывавших рак у мышей. Учёный назвал эти клетки раковыми стволовыми клетками.

Открытие получило признание не сразу. Прошло несколько лет, прежде чем исследователи начали искать – а главное, находить! – раковые стволовые клетки в опухолях мозга, кишечника, молочной железы, простаты. Постепенно стало ясно, что многие загадки рака могут найти объяснение именно в рамках этой модели. Например, почему некоторые раковые клетки агрессивнее остальных? Почему некоторые клетки невосприимчивы ни к облучению, ни к химиотерапии? Профессор Уайнберг выдвинул идею, которая ставит биологию опухолей на новый фундамент: он предположил, что опухоль имеет иерархическую структуру, в основе которой – стволовые клетки:

Когда говорят о бессмертии раковых клеток, имеют в виду, видимо, только бессмертие этих самых раковых стволовых клеток, потому что все прочие клетки опухоли очень даже смертны.

Такая модель совершенно по-новому объясняет внутреннее устройство опухоли: судя по всему, она функционирует как некий самостоятельный орган, в котором разные клетки выполняют разные функции. Профессор Уайнберг поясняет:

На примере карциномы очень хорошо видна эта негомогенность опухоли. В ней есть и раковые клетки, среди которых имеется некоторое количество стволовых, и различные вполне здоровые клетки, занесённые кровотоком из соседних тканей и органов. Они используются опухолью для формирования кровеносных сосудов.

Понимание этих закономерностей облегчит решение сложнейших задач, по-прежнему стоящих перед медициной, – полагает профессор:

До сих пор онкологи считали, что если им в процессе терапии удалось добиться значительного уменьшения размеров опухоли, скажем, с десяти сантиметров до одного, то это большой успех. Но теперь мы знаем, что величина опухоли не столь уж и важна, гораздо важнее, смогли ли раковые стволовые клетки пережить терапию.

Если стволовые клетки уцелели, то опухоль сразу же начнёт снова расти. Поскольку же мы не умеем считать стволовые клетки в организме, то нам очень трудно судить о том, какая терапия более эффективна, а какая менее. Главная задача на ближайшие годы состоит в том, чтобы научиться считать стволовые клетки внутри опухоли – только это и позволит оценивать действенность того или иного метода лечения.

Собственно, считать и даже сортировать клетки учёные уже умеют. Для этого был разработан метод проточной цитометрии. Давно существуют и соответствующие приборы – клеточные сортеры. Принцип работы такого проточного цитометра прост: сначала клетки маркируют молекулами флуоресцирующих красителей, связанными с теми или иных клеточными структурами, а затем заставляют поодиночке пересекать сфокусированный световой пучок, обычно лазерный. Свет определённой длины волны возбуждает молекулы маркера, и они начинают светиться. Прибор может одновременно идентифицировать несколько разных красителей, связанных с разными клеточными параметрами, и сортировать клетки в соответствии с длинами световых волн, испускаемых красителями.

Итак, учёные собирают некоторое количество раковых клеток и маркируют их таким красителем, молекулы которого сцепляется с поверхностными структурами, типичными для стволовых клеток. Соответственно, только стволовые клетки и флуоресцируют в луче лазера. Никакими другими способами выявить и сосчитать стволовые клетки в общей массе раковых клеток мы не располагаем, – говорит профессор Скотт Армстронг (Scott Armstrong), глава научно-исследовательской лаборатории Детской клиники в Бостоне:

Под микроскопом раковые стволовые клетки выглядят точно так же, как и все прочие клетки опухолевой ткани.

Однако сама по себе проточная цитометрия не решает проблему, стоящую перед онкологами:

Мы разработали в нашей лаборатории целый ряд методов, позволяющих выявлять раковые стволовые клетки. Но эти методы функционируют только вне организма пациента. Подсчитать количество таких клеток непосредственно в теле больного мы пока не можем. А ведь именно это нам и нужно, если мы хотим судить об эффективности противораковой терапии. С тех пор, как впервые были обнаружены раковые стволовые клетки, прошло уже десять лет. За это время такие клетки найдены не только у больных раком крови, но и у пациентов, страдающих различными солидными злокачественными опухолями. Но мы до сих пор не знаем, при какой форме рака стволовых клеток больше, а при какой меньше. Потому что мы не научились пока маркировать клетки в организме пациента.

Как известно, в организме непрерывно идёт процесс отмирания клеток и их замещения новыми. В одних видах ткани продолжительность жизни клеток исчисляется месяцами, в других – неделями, в третьих – днями. Источником новых клеток самых различных тканей служат так называемые адультные стволовые клетки. Эти недифференцированные клетки могут превратиться в клетку любого типа. При этом они обладают уникальной особенностью – способностью к самоподдержанию. В результате первого деления такой клетки образуются две разные дочерние клетки – одна остаётся стволовой, сохраняя все особенности материнской клетки и поддерживая неизменным общее количество таких недифференцированных стволовых клеток, другая же продолжает делиться и постепенно трансформируется в клетку того или иного типа, утрачивая при этом способность к самообновлению. Наиболее характерным примером такого механизма могут служить гомопоэтические стволовые клетки костного мозга. Хотя их доля в общем количестве клеток костного мозга ничтожна, именно из них образуются популяции частично специализированных клеток, которые затем превращаются в полностью дифференцированные функциональные клетки крови и лимфы – базофилы и макрофаги, эритроциты и лимфоциты. Сегодня исследователи склоняются к мысли о том, что раковые стволовые клетки – это переродившиеся в силу тех или иных причин нормальные стволовые клетки, ведь не случайно между ними так много общего – тут и бессмертие, то есть неограниченная продолжительность жизни, и свойство самоподдержания, и способность к образованию клеток других типов. Скотт Армстронг говорит:

Нагляднее всего мы можем исследовать это на примере лейкемии. Из крови здоровых мышей мы изолируем нормальные стволовые клетки, очищаем их и вводим в них онкогены. Спрашивается, можно ли таким образом обычную стволовую клетку превратить в раковую стволовую клетку? Ответ однозначен: да, можно.

Эксперименты показали, что в результате соответствующей генетической модификации в раковые стволовые клетки могут превращаться и так называемые родоначальные клетки, то есть уже не стволовые, но ещё не полностью дифференцированные. Иными словами, раковая опухоль может иметь разное происхождение. Естественно, перед медиками встаёт вопрос, имеет ли это практическое значение в плане терапии. Скотт Армстронг поясняет:

Мы полагаем, что лейкемия более опасна тогда, когда в её основе лежит стволовая клетка крови. В этих случаях химиотерапия оказывается, как правило, менее эффективной, чем в случаях, когда рак возник в результате перерождения более специализированной клетки. Но пока это всего лишь гипотеза.

И всё же может оказаться, что для подбора оптимальной терапии врачам важно будет знать, из какой клетки зародилась опухоль. Впрочем, это дело будущего, пока медицина до этого не дошла. Андреас Трумпп (Andreas Trumpp), научный сотрудник Швейцарского института экспериментальной онкологии в Эпалинже близ Лозанны, говорит:

На сегодняшний день основная идея состоит в том, чтобы классическую химиотерапию сочетать с терапией, направленной на уничтожение именно раковых стволовых клеток.

Цель исследований Андреаса Трумппа состоит в том, чтобы выяснить, какие механизмы и какие особенности раковых стволовых клеток позволяют им выживать, оставаясь невосприимчивыми к химиотерапии. Учёный считает ключевыми четыре фактора:

Во-первых, раковые стволовые клетки делятся крайне редко и пребывают, похоже, почти всё время своей жизни в состояния глубокого покоя, своего рода спячке. Точно так же ведут себя и нормальные стволовые клетки.

Понятно, что на спящие клетки, практически не поддерживающие связи с окружающей средой, химиотерапия не действует. Учёный продолжает:

Во-вторых, и нормальные, и раковые стволовые клетки синтезируют особые транспортные молекулы, задача которых состоит в быстром выведении из клетки различных опасных для неё веществ. Это тоже фактор, обеспечивающий резистентность таких клеток к классической химиотерапии.

Что вполне естественно, поскольку медикамент просто не успевает подействовать.

В-третьих, есть основания полагать, что раковые стволовые клетки – как, впрочем, и нормальные стволовые клетки, – обладают гораздо более совершенным механизмом выявления и устранения дефектов ДНК. А ведь принцип действия радиоактивного облучения, широко используемого для терапии рака, как раз и состоит в повреждении ДНК опухолевых клеток. Так вот, судя по всему, стволовые клетки – и раковые стволовые клетки в том числе – намного эффективнее и быстрее «чинят», восстанавливают свой наследственный материал.

И поэтому выживают. Кроме того, они умеют прятаться, – говорит Андреас Трумпп:

В-четвёртых, раковые стволовые клетки, как и нормальные стволовые клетки, находятся в особом микроокружении – так называемой нише. И эта ниша защищает их от воздействия периферии.

Сколько бы противоопухолевого препарата ни циркулировало в крови, в нише его концентрация остаётся очень низкой. Значит, задача медиков сводится к тому, чтобы выманить клетки из ниши.

Эти пребывающие в зимней спячке раковые стволовые клетки можно с помощью определённых факторов разбудить и заставить делиться. Это сделает их уязвимыми для классической химиотерапии, которая, по сути дела, и направлена против быстро делящихся клеток.

Но тут возникает новая трудность: на сигнал к пробуждению могут ведь откликнуться и здоровые стволовые клетки, а это очень опасно, – говорит Андреас Трумпп:

Конечно, есть опасения, что такая терапия уничтожит не только раковые, но и нормальные стволовые клетки, что имело бы фатальные последствия. Нужно найти верную дозировку этих пробуждающих факторов, поскольку раковые стволовые клетки, вероятно, несколько чувствительнее к ним, чем обычные.

Учёные пробуют и иные подходы: стараются заблокировать транспортные молекулы, выводящие посторонние вещества из клетки, или же пытаются заставить клетки начать дифференцироваться и таким образом утратить свой неуязвимый стволовой статус.

Особая проблема – метастазирование. Раньше считалось, что раковые клетки отрываются от первичной опухоли, распространяются по всему организму и образуют вторичные опухоли – метастазы. Новая модель даёт иное объяснение этому процессу: ведь способность мигрировать, достигая самых отдалённых частей тела, – естественное и необходимое свойство всех стволовых клеток, иначе они не смогли бы выполнять свою функцию по восстановлению повреждённых тканей. Не исключено, что и раковые стволовые клетки действуют так же. Однако профессор Уайнберг говорит:

Сегодня мы можем лишь строить предположения. То есть считается, что стволовые клетки, возможно, вызывают метастазы, но пока это лишь гипотеза.

Жир не даёт иммунитету убивать раковые клетки

Недавно обнаруженный жировой «щит», который не дает так называемым клеткам-киллерам убивать друг друга, защищает и некоторые раковые клетки. Липиды предотвращают атаку иммунной системы на них, утверждают ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале PLoS Biology. Они могут стать основой новых методов лечения агрессивных онкологических заболеваний.

Естественные клетки-киллеры первыми выступают на защиту нашего организма и при вторжении инфекции, и при появлении клеток опухоли.

Клетка-киллер несет в себе гранулы с белками-ядами. Первый из ядов – перфорин – встраивается во внешнюю мембрану клетки-врага и образует в ее мембране поры, чтобы пропустить сквозь них два других яда – гранзим и гранулизин. Белки гранзим и гранулизин входят в клетку-врага и включают механизм ее самоуничтожения. Все, дело сделано. Так естественный киллер может поразить до 40 клеток-врагов подряд.

При этом сама клетка-киллер защищена от собственного перфорина. Он не может проделать поры в ее мембране. Как же «киллеру» это удается?

«Я работаю с естественными клетками-киллерами с начала 1990-х годов и каждый раз, когда я выступал с докладом об этих клетках, всегда кто-то задавал этот вопрос, – говорит иммунолог Джордан Оранж (Jordan Orange) из Колумбийского университета. – Но до сих пор в этом никто толком не разобрался».

Ученые предположили, что во всём может быть «виноват» двойной слой липидов (молекул жира), из которых составлены внешние мембраны всех клеток. Под микроскопом мембраны естественных киллеров выглядели более упорядоченными и более плотно упакованными липидами по сравнению с другими клетками.

«Было много гипотез, почему естественные клетки-киллеры не убивают себя во время атаки на другие клетки, и все они предполагали, что может существовать волшебный, неизвестный белок, защищающий эти клетки», – говорит Ю Ли (Yu Li), аспирант Колумбийского университета.

Но у Ли были сомнения на этот счет. Данные о биофизике белка указывали на то, что он недостаточно силён, чтобы защитить мембрану клетки.

«Когда я смотрел на клетки, я думал о липидах», – признается Ли.

Ли проверил свою гипотезу. Он подверг мембраны клеток воздействию вещества, которое ослабляет структуру липидного слоя. После такого воздействия мембраны естественных киллеров стали менее плотными и упорядоченными. А сами естественные клетки потеряли защиту от собственного токсина и погибли вместе со своими врагами.

Впоследствии исследователи разобрались в механизме защиты мембраны естественного киллера. Действует он так. Естественный киллер укрепляет свою мембрану прямо перед нападением на врага. Гранулы с ядами-белками перемещаются к внешнему краю клетки-киллера. Перфорин клетки-киллера, подобно подрывнику, проделывает дыру в мембране клетки-врага. Гранула раскрывается и выпускает яды-белки в эту дыру. Сразу же после этого необычайно плотная липидная мембрана гранулы сливается с мембраной клетки-киллера и усиливает ее, не давая перфорину проделать дыру в мембране клетки-хозяйки.

«По сути, Ли обнаружил, что мембрана превращается во взрывозащитный экран, – говорит Оранж. – Защиту [клетке-киллеру] обеспечивает сама природа липидов мембраны. Когда липиды расположены более упорядоченным образом, больше липидов может быть упаковано в мембрану. Токсичные вещества просто не в состоянии проникнуть сквозь мембрану».

Однако не только у естественных киллеров есть жировой щит, утверждают Ли и Оранж.

Они обнаружили, что некоторые раковые клетки используют такую же защиту против естественных киллеров и, возможно, против других иммунных клеток.

Так, выяснилось, что естественные клетки-киллеры именно по этой причине не могут убивать клетки агрессивного рака молочной железы. Последние укрепляют свои мембраны липидами прямо в момент атаки иммунных клеток.

Когда же Ли нарушил плотность упорядоченной упаковки липидов в мембране раковых клеток, они стали уязвимыми для естественных киллеров.

«Мы пока еще не знаем, является ли этот механизм сопротивления естественным киллерам общим для всех раковых клеток – говорит Ли. – Если это так, можно будет думать о терапии, разрушающей мембрану опухолевых клеток и делающей ее более восприимчивой к атаке иммунной системы».

Ученые постоянно изучают клетки опухолей и способы борьбы с онкологическими заболеваниями, а также их рецидивами по жировым путям. Ранее мы писали о лекарстве, которое проникает в раковые клетки подобно «троянскому коню», и о российском препарате, который выборочно уничтожает раковые клетки, сохраняя здоровые. Также ранее мы рассказывали, что в соцсетях распространена дезинформация о раке.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» и «Медицина» на медиаплатформе «Смотрим».

Обнаружение и уничтожение раковых клеток

В ходе диагностической визуализации радиофармацевтические препараты с небольшим количеством радиоактивного материала вводятся путем инъекции, принимаются перорально или вдыхаются, а затем перемещаются внутри тела в зону-мишень. Когда лекарственное средство накапливается вокруг или внутри клеток-мишеней, крошечный объем излучения, испускаемого радиофармацевтическим препаратом, сканируется и фиксируется специальной камерой. Это позволяет создать изображения конкретного участка тела.

По результатам диагностической визуализации врач определяет наиболее подходящий для пациента курс лечения. В случае уместности тераностики для пациента подбирается радиофармацевтический препарат и определяется точный объем радиации, необходимой для лечения; доза зависит от типа и размера опухоли, а также от возраста и пола пациента, тяжести заболевания и затронутого органа. Когда радиофармацевтический препарат накапливается вокруг или внутри раковых клеток, излучение, которое он испускает, повреждает и убивает раковые клетки, при этом вред для находящихся рядом здоровых клеток сводится к минимуму. Пациенты обычно проходят несколько сеансов лечения, и для отслеживания прогресса делаются дополнительные диагностические изображения.

«Мы наблюдали случаи, когда эффективность тераностики была бы практически недостижима в случае применения других методов лечения», — говорит г-н Хайдар. Хотя сейчас он и его группа из 15 специалистов в Ливане каждый год лечат лишь небольшое число пациентов, уже достигаются значительные результаты.

«Например, у меня был 82-летний пациент с раком простаты, распространившимся на лимфатические узлы и кости, и после неудачного лечения другими методами мы перешли на тераностику. После двух доз простатического специфического мембранного антигена (ПСМА) лютеция-177 мы выявили значительное сокращение количества опухолевых поражений, а затем, после дополнительной дозы еще одного радиофармацевтического препарата — ПСМА актиния-255, — почти полную ремиссию».

Г-н Хайдар пояснил, что это лишь предварительные выводы, и в области тераностики многое еще предстоит сделать для улучшения понимания ее эффективности и потенциального масштаба применения.
Он и его группа планируют продолжить работу с МАГАТЭ для достижения прогресса в своих исследованиях, совершенствования своих навыков и оказания помощи в подготовке своих коллег в регионе. В целях содействия развитию услуг по лечению рака в Ливане МАГАТЭ в рамках своей программы технического сотрудничества организовало подготовку кадров и на безвозмездной основе предоставило необходимое оборудование.

«Возможно, в будущем тераностика начнет применяться для лечения рака молочной железы и легких, — говорит г-н Хайдар. — Если мы сможем найти молекулу, которая воздействует именно на эти очень распространенные виды рака, то могут существенно повыситься показатели выживаемости и качество жизни после рака».

что это, почему возникает и как развивается онкология

О раке так или иначе слышали все. Разбираемся, что такое рак на самом деле, как он развивается и почему его так трудно победить.

В этой серии статей мы расскажем о раке: как он образуется, какие виды наиболее растростанены, можно ли его предотвратить, и как строится процесс лечения.

Содержание

Почему рак так называется

То что пациенты называют раком, на языке медицины означает онкологическое заболевание или злокачественную опухоль. Опухоль, неоплазия или новообразование — это скопление атипичных, неправильных клеток, которые бесконтрольно делятся и отказываются умирать.

Древнегреческий врач и философ Гиппократ одним из первых описал злокачественные новообразования. В своих трудах он дал им название karkinos, что в переводе с греческого означает «рак»: в разрезе крупные опухоли напоминали ему раков.

Позже древнеримский врач Корнелий Цельс перевел термин на латинский язык — так появилось современное название cancer. Другой римский медик и хирург Клавдий Гален описывал доброкачественные опухоли словом oncos. Сегодня онкология — наука, которая изучает механизм образования доброкачественных и злокачественных опухолей, методы их профилактики и принципы лечения.

В медицинской среде «рак» — это только карцинома, злокачественная опухоль из эпителиальной ткани.

Помимо карциномы к злокачественным опухолям относится саркома, меланома, лейкоз и лимфома. Саркома — злокачественная опухоль из соединительной ткани. К соединительной ткани относятся мышцы, связки, хрящи, суставы, кости, сухожилия, глубокие слои кожи.

Меланома — злокачественная опухоль из меланоцитов (клеток кожи). Лейкоз или лейкемия — злокачественное новообразование кроветворной ткани, а лимфома — лимфатической.

Как и почему появляется рак

Все органы и ткани человека состоят из клеток. И почти все клетки делятся и обновляются: в разных тканях с разной скоростью. Новые клетки заменяют поврежденные старые. Поврежденная клетка «понимает», что больше не принесет организму пользу, и запускает программу гибели — апоптоз: клетка совершает добровольный суицид и уступает место здоровой.

Во время деления из-за воздействия разных факторов в ДНК клеток возникают ошибки: генетические варианты или мутации. Они накапливаются в клетках тела на протяжении всей жизни. Представьте, что в одной клетке одновременно или последовательно случилось несколько мутаций. Первая затронула гены, которые отвечают за правильное деление, а вторая — нарушила механизм запуска исправления ошибок во время деления.

Если эти две мутации встретятся, то мы получим клетку, которая постоянно делится и отказывается умирать. Такая клетка и дает начало опухоли.

Вероятность, что это случится, увеличивается с возрастом. Поэтому раком чаще болеют пожилые люди. Бессмертные клетки продолжают делится — и опухоль растет. Скопление клеток перерастает в дисплазию — нетипичное для ткани новообразование. Как только оно прорастает в соседние ткани, его считают злокачественным.

Не все опухоли являются злокачественными. Доброкачественные опухоли отличаются тем, что частично или полностью сохраняют свою функцию. Они медленно делятся, корректнее копируют ДНК и остаются похожими на клетки исходной ткани.

В доброкачественной опухоли продолжает работать репарация: механизм исправления ошибок в ДНК. Там не происходит такого количества мутаций, поэтому такая опухоль легко поддается хирургическому лечению. Но из-за дополнительных мутаций клетки доброкачественных образований могут превратиться в злокачественные. Например, из-за воздействия ультрафиолета родинки могут переродиться в меланому (злокачественное новообразование кожи).

Этапы развития рака

В злокачественной клетке продолжают происходить повреждения ДНК, но они не восстанавливаются. Клетка тратит все ресурсы на бесконечное деление. Из-за постоянных мутаций в опухоли появляются клетки с самыми разными формами и свойствами.

В 5% случаев клетки опухоли меняются так сильно, что нельзя понять, из какой ткани они произошли.

Злокачественная опухоль не может расти, пока не получит доступ к питательным веществам. Поэтому клетки опухоли выделяют вещества, стимулирующие рост сети капилляров. Так клетки опухоли получают доступ к питательным веществам, начинают прорастать в окружающие ткани и разрушать их.

Со временем в результате отбора появляется клетка способная открепиться от опухоли, найти подходящее место для вторичного очага, чтобы начать делиться в новой среде. Так формируется метастаз: вторичный очаг роста злокачественной опухоли.

Злокачественные клетки метастазов выделяют специальные вещества, которые позволяют им двигаться, разрушать клетки других тканей и прятаться от иммунной системы. Они попадают в кровеносные и лимфатические сосуды и перемещаются по организму в поисках подходящих тканей, чтобы осесть и начать делиться.

Схематичное изображение клетки злокачественной опухоли, которая может дать метастаз. Researchgate.net

У разных видов злокачественных опухолей есть любимые места для метастазирования. Например, рак молочной железы часто метастазирует в легкие, печень, кости и головной мозг. Но название болезни всегда связано с первичной опухолью и не зависит от мест метастазирования.

Как бороться с раком и почему иммунитет не справляется

Организм реагирует на опухоли и пытается справиться с ними. Пока иммунные клетки могут определить клетки опухоли, они их уничтожают. Но в опухоли постоянно происходят мутации и некоторые злокачественные клетки со временем начинают маскироваться. А некоторые со временем учатся отражать атаку клеток иммунной системы и подавляют иммунитет. В итоге организм не может самостоятельно справиться с опухолью.

Злокачественная опухоль кажется монстром, который использует все силы и функции организма себе во благо. Но не стоит забывать, что появление этого монстра можно предотвратить, если знать о своих рисках и мерах профилактики.

Например, риск развития рака легкого у курильщиков в 15-30 раз выше, чем у некурящих.

Кроме профилактики важно проходить регулярные обследования, чтобы диагностировать злокачественное новообразование на ранней стадии. Пока опухоль не успела распространиться в другие ткани и органы, она поддается лечению.

«Важно не наделять опухоль признаками сознания: это просто процесс эволюционной борьбы, в котором встречаются высочайшая изменчивость клеток и жестокий естественный отбор,» — говорит Владислав Милейко, директор научного центра ОнкоАтлас.

На заметку

• То что пациенты называют раком, на языке медицины означает онкологическое заболевание или злокачественную опухоль. Это скопление атипичных, неправильных клеток, которые бесконтрольно делятся и отказываются умирать.
• В медицинской среде «рак» — это только карцинома, злокачественная опухоль из эпителиальной ткани. Еще к злокачественным опухолям относится саркома, меланома, лейкоз и лимфома.
• Как только клетки опухоли получают доступ к питательным веществам и начинают прорастать в соседние ткани, она считается злокачественной.
• Со временем в ней появляются клетки, способные подавить иммунитет и клетки, образующие метастазы. Поэтому рак непросто лечить.
• Защитить себя от рака можно мерами профилактики: например, отказом от курения и защитой от ультрафиолета. А регулярные медицинские осмотры помогут диагностировать злокачественное образование на ранней стадии: тогда его проще вылечить.

В следующей статье Атлас подробно расскажет, как снизить риски развития злокачественных новообразований, а также даст инструкцию, когда и какие обследования проходить, чтобы обезопасить себя.

ФОРМУЛА РАКА | Наука и жизнь

Рак — одна из самых тяжелых и загадочных болезней. Существует множество причин, казалось бы, совершенно различных, которые могут стать «спусковым крючком» болезни, началом неконтролируемого деления злокачественных клеток. Но каковы внутренние, молекулярные механизмы рака? Возможно, все дело в структуре хромосом опухолевых клеток.

Умирающая от некроза клетка подает окружающим ее клеткам множество различных сигналов.

Схема разрастания клона злокачественных клеток. Черные кружки — это клетки, погибающие из-за спонтанных летальных повреждений хромосом.

Схематическое изображение бинемной (двойной) модели хромосомы (А) и ее изменения в злокачественных клетках (Б).

Схема постановки эксперимента с единичными сперматозоидами.

‹

›

Главной причиной смерти человека в ХХ веке наряду с сердечно-сосудистыми заболеваниями стал рак. Отсюда и повышенное внимание к исследованиям причин рака и нахождению способов его лечения. Однако все надежды, что будет найдена некая противоопухолевая «панацея», рушились по мере того, как расширялись знания о природе рака. Более того, к концу ХХ века ученые окончательно пришли к выводу, что опухоль каждого вида имеет свои механизмы бесконтрольного роста. А значит, нельзя найти общий принцип лечения всех видов рака.

И все же универсальный механизм роста злокачественных опухолей существует. Этот механизм, или, вернее сказать, «адская машина», есть в каждой злокачественной опухоли, и устроен он на удивление просто. Его работа не зависит от конкретных причин возникновения опухолей. Причины бывают разными, однако все они, в конечном счете, вызывают определенные изменения структуры генома, то есть хромосом, содержащих наследственную информацию.

Превращение нормальной клетки в опухолевую происходит в два этапа: трансформация и малигнизация (злокачественность). На первом этапе клетки начинают бесконтрольно делиться, причем уже в лабораторных условиях — в колбе с питательным раствором. Однако такие клетки в большинстве случаев не вызывают злокачественного роста в живом организме. Механизмы трансформации изучены достаточно хорошо — главную роль здесь играют онкогены.

Второй этап — приобретение злокачественности — позволяет таким клеткам размножаться внутри организма. При этом клетки опухоли растут не сами по себе — организм животного или человека помогает им это делать. Активно подхлестывая рост опухоли, плоть больного совершает медленное самоубийство. Организм делает все возможное для того, чтобы опухоль росла. Он бережно пронизывает ее тысячами новых кровеносных сосудов и капилляров, он приобщает окружающие здоровые клетки, а также клетки крови и лимфы к обслуживанию опухоли, позволяя ей расти вширь. В этом процессе задействованы сотни биохимических реакций.

Отчего это происходит? Здесь мы подошли к самому главному. Ответ на этот вопрос звучит до смешного просто: организм воспринимает растущую опухоль как незаживающую рану, которую следует залечить путем стимуляции роста ее клеток. Эта мысль пришла в голову автору этой статьи почти 20 лет тому назад, во время беседы с покойным отцом — профессором Н.В. Лучником, лучшим специалистом своего времени по хромосомным аберрациям (видимым под микроскопом разломам хромосом). Кстати, теперь никто не сомневается, что именно эти аберрации — причина рака при радиоактивном облучении организма. Работы моего отца по малым дозам радиации были срочно востребованы после Чернобыльской катастрофы.

В то время, к которому относится моя памятная беседа с отцом, я учился в аспирантуре на кафедре генетики Московского государственного университета. Тогда я не стал публиковать свое открытие. Почему? Я решил, что понятое мной лежит прямо на поверхности, ведь механизм настолько прост и очевиден, и кто-нибудь через год-два обязательно придет к тем же выводам, а может быть, в момент, когда меня осенило, уже кто-то сидит и пишет статью на эту тему. Однако прошло более 20 лет, а публикаций все не было, и я решил представить на суд научной общественности свою концепцию.

Бросив все остальное, я залез в Интернет — слава Богу, к этому времени он уже появился. За один месяц мне удалось перелопатить такое огромное количество научных публикаций, какого я никогда не смог бы просмотреть, сидя в лучших библиотеках 10 лет подряд. Да я и не нашел бы нужных журналов — тех, которые молекулярный генетик никогда не читает, например медицинских журналов, посвященных лечению травм и ранений. К своему изумлению, я обнаружил, что никто и близко не подошел к моему давнему умозаключению. Однако за 20 лет ученые собрали столько новых фактов, подтверждающих эту концепцию, что в ее правильности у меня не оставалось более никаких сомнений.

В 2000 году я написал статью в журнал «Онтогенез», выпускаемый Институтом биологии развития Российской академии наук. В этой статье злокачественная опухоль называется незаживающей раной. Почему так? Начнем с раны заживающей: если вы случайно порезали руку, немедленно начинается процесс заживления раны. Свертывание крови и агрегация клеток крови на поверхности раны — первый и исключительно важный этап заживления. Агрегирующие клетки крови (макрофаги, гранулоциты и тромбоциты) начинают выделять цитокины — белки, регулирующие деление клеток. Наиболее известные цитокины — факторы роста клеток. Говоря упрощенно, эти факторы вызывают рост новых клеток, заполняющих рану. Почему кровь сворачивается? Сигналом служат поврежденные или мертвые клетки на поверхности раны. (В пробирке кровь сворачивается от контакта с чужеродной стеклянной поверхностью.) Более того, тысячи клеток на поверхности раны, которые вы убили кухонным ножом, не молчат. Они вопиют о своей погибели — сами выделяют факторы роста и другие цитокины, стимулирующие рост и миграцию клеток. Цитокины кровяных клеток и мертвых клеток вызывают отек ткани: межклеточное пространство заполняется лимфой, и туда ползут лимфоциты и некоторые другие клетки, участвующие в ранозаживлении. В дальнейшем изложении мы для упрощения будем говорить только о росте новых клеток, потому что это самое главное. Чтобы описать другие детали процесса заживления раны, потребуется целая книга.

Таким образом, главным сигналом к делению клеток являются мертвые клетки на поверхности самой раны. Эти клетки не просто мертвые — они погибли путем некроза. Существует другой тип гибели клеток — апоптоз. Это когда организм в ходе нормальной жизнедеятельности уничтожает некоторые собственные клетки — образно говоря, производит очередную замену деталей в ходе «техосмотра». (См. «Наука и жизнь» № 8, 2001 г. — Ред.) Подконтрольно гибнущие клетки не способны запустить каскад биохимических событий, заживляющих рану. Сделать это могут только некротически погибшие клетки. Так погибают клетки либо от физического повреждения, либо от случайных, не подвластных организму разломов хромосом. Некроз клеток происходит, например, при радиоактивном облучении (за исключением лимфоидных клеток). Радиация рвет молекулу ДНК в каких-то случайных местах. Разрывы ДНК (обеих нитей двойной спирали) активно залечиваются клеткой, однако 100% разрывов клетке удается залечить не всегда. Из незалеченных разрывов образуются разломы хромосом, видимые под микроскопом. Если клетка с разломанной хромосомой делится, две дочерние клетки с большой вероятностью умирают от некроза (вследствие нарушения баланса генетического материала у дочерних клеток). Такие клетки организм воспринимает как погибшие от случайного ранения, например от пореза руки кухонным ножом.

При заживлении раны деление клеток заканчивается, когда образуется рубец из полностью заполнивших рану новых клеток. Остановка деления клеток — завершающий этап заживления раны. Если рану порезать еще раз, опять начнется процесс деления клеток. Сигналом к нему послужат новые некротически погибшие клетки. В экспериментах с животными, у которых риск заболеть раком очень высок (высокораковые линии), стоит порезать одну и ту же рану несколько раз, чтобы вызвать злокачественный рост опухоли. У нормальных животных или человека этого бывает недостаточно.

Но если опухоль по тем или иным причинам уже возникла, ее клетки обязательно приобретают одно исключительно важное свойство — генетическую нестабильность, выражающуюся в том, что в каждом поколении клеток возникают случайные разломы хромосом с частотой примерно 1-30%. Потомство этих клеток, как мы уже знаем, нежизнеспособно: дочерние клетки гибнут от некроза. Если их, скажем, 10%, то этого вполне достаточно, чтобы система заживления ран набросилась на опухоль и стала стимулировать ее клетки к делению. Деление клеток опухоли автоматически приведет к появлению еще 10% мертвых клеток, а они опять подхлестнут систему заживления ран, и так до бесконечности, вернее, до физической смерти человека или животного. Заметим, что, жертвуя мертвыми клетками, опухоль растет медленнее, чем росли бы нормальные клетки, но взамен она получает возможность расти неограниченно — пусть медленно, но верно, и в конце концов она убьет организм. Это как многоголовый дракон из русской сказки: отрубишь ему одну голову — вырастут две…

На этом месте я мог бы остановиться, однако читатель спросит: а почему в раковых клетках с высокой частотой возникают разломы хромосом, вызывающие некротическую гибель клеток?

Факт высокой частоты случайных хромосомных разломов в опухолевых клетках считается общепризнанным. «Мертвую петлю» обратной связи между умирающими и делящимися клетками мы уже описали. Однако, если не понять причину высокой частоты случайных разломов хромосом в раковых клетках, нельзя целенаправленно бороться с опухолевым ростом.

Причина этих разломов, как я берусь утверждать, кроется в неспособности раковой клетки ремонтировать двойные разрывы ДНК, которые и приводят к разломам хромосом. Нормальная клетка с высокой скоростью и эффективностью ремонтирует сотни разрывов ДНК, например после облучения.

И снова вернемся на двадцать лет назад. Работая над кандидатской диссертацией, я сделал вывод о том, что для ремонта разорванной молекулы ДНК требуется вторая копия, не имеющая разлома в том же самом месте. Молекулы «прижимаются» одна к другой, и генетическая информация с неповрежденной молекулы копируется в поврежденную, восстанавливая таким образом ее первоначальную структуру. Свои опыты я проводил на различных линиях дрожжей — тех самых, которые идут на приготовление пива, хлеба или пышных пирогов. Дело в том, что молекула ДНК и облегающие ее белки — гистоны устроены совершенно одинаково у всех организмов, имеющих клеточное ядро (эукариот). В некоторых штаммах дрожжей есть интересное исключение, которое и позволило мне сделать диссертационную работу.

В здоровых клетках человека двойные разрывы ДНК залечиваются с огромной эффективностью. Откуда же берется для этого вторая копия ДНК? А она есть в составе каждой хромосомы, предположил я и вскоре опубликовал сначала теоретическую, а позднее ряд эксперименталь ных работ, подтверждающих это.

Научное сообщество не сразу восприняло утверждение, замахивающееся на взгляды целого поколения ученых, которое в 60-х годах ХХ века решило, что в каждой хромосоме содержится одна длинная молекула ДНК и информация о ней нигде не дублирована. (Для специалистов: гомологичные хромосомы не повторяют одна другую полностью, а соматическая конъюгация и рекомбинация, даже после облучения, — крайне редкие события). Надо сказать, что в 60-е годы в науке боролись две школы: одна отстаивала однонитчатую хромосому (где нить — это двойная спираль ДНК), а другая — многонитчатую. Постепенно стало ясно, что многонитчатые хромосомы встречаются у некоторых организмов или в некоторых тканях как исключение, а у большинства организмов и тканей хромосомы однонитчатые. В шуме многочисленных перепалок не заметили, что вместе с водой выплеснули ребенка. На том этапе развития науки никто из сторонников однонитчатой модели не мог утверждать, что в хромосоме имеется только одна молекула ДНК, а не две, главное, стало ясно, что их не великое множество. С точки зрения этих исследователей, одна или две — было не важно. Решили, что, скорее всего, одна, иначе зачем клетке утруждать себя содержанием и обслуживанием второй копии? Это предположение осталось чисто умозрительным, потому что о проблеме надежности генома думал лишь небольшой круг генетиков, занимавшихся репарацией (ремонтом) ДНК. Однако, учитывая вышеизложенное, наличие второй копии, а значит, и репарация двойных разрывов ДНК на этой основе приобретают колоссальное биологическое значение.

Защитив диссертацию, я крепко задумался о природе вещей и решил, что иначе, как две копии в хромосоме человека, и быть не может, не то роду человеческому пришел бы конец. (Вторая копия повышает надежность генома примерно в 100 000 — 1 000 000 раз, а третья почти не повышает, поэтому-то их и две.) И я написал большую статью в «Journal of Theoretical Biology», в которой проанализировал все опубликованные доводы в пользу однонитчатой модели и не нашел ни одного убедительного. Да и сами авторы этих статей никогда не утверждали, что есть только одна копия, они лишь говорили, что не 20 и не 100. Позднее на одной конференции в США я с удивлением узнал, что американский профессор преподносит мою работу студентам как пример аналитического научного мышления. В перерыве между заседаниями он рассказал мне о российском ученом А.Н. Лучнике, которого он представлял седовласым профессором, и очень удивился, узнав, что Лучник — это я (а мне тогда не было и 30 лет).

Итак, я опубликовал статью о двух нитях ДНК в одной хромосоме, с которой никто не выразил несогласия. Как эти нити организованы в хромосоме, видно из рисунка, приведенного внизу. Вскоре открыли метод полимеразной цепной реакции — тот самый, с помощью которого теперь идентифицируют человеческую личность по одному волосу или по костям покойника, долго пролежавшим в земле (см. «Наука и жизнь» № 11, 1993 г. — Ред.). Например, так устанавливали подлинность останков семьи Николая II. Я использовал этот метод для проверки вопроса о числе копий ДНК в хромосоме. Новый метод позволял амплифицировать (многократно приумножить) ДНК одной-единственной клетки и получить ответ на вопрос о количестве копий ДНК в хромосоме. Сначала у меня ничего не получалось, но помог мой друг Павел Иванов, вернувшийся из Англии, где он занимался идентификацией останков царской семьи. Он открыл мне небольшое ноу-хау, которое в статьях почему-то не упоминалось.

Эксперименты мы ставили вместе с моей аспиранткой Ларисой Ветровой и сотрудником другой лаборатории нашего института Михаилом Слезингером. Для работы нам нужны были человеческие сперматозоиды. Доноров спермы найти не удалось, и пришлось мне «ставить опыты на себе». Партия моих сперматозоидов хранилась в замороженном состоянии в лабораторном морозильнике. Это вызывало большое количество шуток, особенно со стороны женского персонала. Потом была разработана оригинальная методика, и мы смогли обходиться без сперматозоидов. По результатам работы была опубликована статья в международном журнале «Biochemistry and Molecular Biology International». Статью рецензировал академик В.П. Скулачев. Я получил премию на общеинститутском конкурсе научных работ, однако быстрой реакции на статью не последовало. Но это тем приятнее, если осознаешь, что ты опередил свое время хотя бы на 3-4 года, тем более что с момента моей первой статьи на эту тему прошло почти 20 лет. Только теперь, в XXI веке, появились работы других ученых, указывающие на двунитчатую (бинемную) структуру хромосом человека.

Вернемся к раку. Я обещал ответить на вопрос о генетической нестабильности раковых клеток. Если хромосома бинемна (то есть имеет две нити, вернее, две двойные спирали ДНК), то большая часть случайных разрывов ДНК залечивается полностью. Случайные разрывы ДНК у каждого человека возникают ежедневно (общая длина ДНК в одной клетке человека — около полутора метров). Если в хромосоме имеется однонитчатый (однодуплексный) участок, то разрывы дуплексов в этом месте не залечиваются, что ведет к разлому хромосомы и гибели дочерних клеток. Опираясь на уже опубликованную мной и другими авторами информацию, я сформулировал общий принцип генетической нестабильности в злокачественных клетках. Вот он: раковая клетка имеет наследуемые однонитчатые (однодуплексные) участки в одной или нескольких хромосомах или даже во всем геноме (последнее обнаружено при исследовании многих лейкозов). Теперь становится понятным, почему такая клетка с высокой вероятностью дает случайные разломы хромосом и гибель дочерних клеток. Что происходит в результате появления большого количества некротически гибнущих клеток, уже изложено в начале статьи.

Становится понятным также, почему рак лечат облучением, перегревом (гипертермией), избытком кислорода (гипероксигенацией) или некоторыми мутагенами. Все эти воздействия бьют по ДНК, а повреждения однонитчатых (однодуплексных) участков в отсутствие второй копии клетка отремонтировать не в состоянии; в результате раковые клетки, в отличие от нормальных, подвергаются массовой гибели. Все эти методы лечения не дают 100%-ной гарантии излечения многих видов рака. Но теперь мы знаем врага в лицо, и можно надеяться на успех в борьбе с ним.

Доктор биологических наук А. ЛУЧНИК.

P.S. Моими единомышленниками из числа сотрудников РАН была выделена биологически активная фракция из морских организмов-долгожителей (около 200 лет), не подверженных инфекционным и онкологическим заболеваниям и имеющим беспрецедентно совершенный механизм заживления ран. Предварительные результаты испытаний на пациентах дали положительные результаты. В настоящее время проводятся более детальные исследования.

СЛОВАРИК К СТАТЬЕ

Агрегация — скопление клеток на чужеродной поверхности.

Амплификация — многократное приумножение числа идентичных копий молекулы ДНК.

Ангиогенез — прорастание ткани новыми кровеносными сосудами и капиллярами.

Коагуляция — свертывание белков крови.

Мембранные рецепторы — молекулы или группы молекул на внешней либо внутренней стороне клеточной мембраны, воспринимающие сигналы от гормонов или иных молекул в крайне низкой концентрации.

Протеолиз — расщепление пептидных связей, которое происходит под действием протеолитических ферментов.

Протеолитический процессинг — разрезание макропептида до биологически активных компонентов.

Таксис — движение клеток по градиенту химического сигнала.

Фибринолиз — разрушение белковых молекул крови, образовавших сгусток на месте поверхности раны.

Хромосомные аберрации — видимые под микроскопом разломы хромосом.

Цитокины — вещества, регулирующие деление и движение клетки.

Экстрацеллюлярный матрикс — внеклеточный белково-мукополисахаридный каркас (скелет), составляющий жесткую основу для расположения клеток в ткани.

Эндотелий — слой специфических клеток, выстилающих поверхность ткани.

Что такое рак? — Национальный институт рака

Определение рака

Рак — это заболевание, при котором некоторые клетки организма бесконтрольно растут и распространяются на другие части тела.

Рак может начаться практически в любом месте человеческого тела, состоящего из триллионов клеток. Обычно человеческие клетки растут и размножаются (посредством процесса, называемого клеточным делением), образуя новые клетки по мере необходимости в них. Когда клетки стареют или повреждаются, они умирают, и их место занимают новые клетки.

Иногда этот упорядоченный процесс нарушается, и аномальные или поврежденные клетки растут и размножаются, когда не должны. Эти клетки могут образовывать опухоли, которые представляют собой куски ткани. Опухоли могут быть раковыми или нераковыми (доброкачественными).

Раковые опухоли распространяются или проникают в близлежащие ткани и могут перемещаться в отдаленные места в организме, образуя новые опухоли (процесс, называемый метастазированием). Раковые опухоли также могут называться злокачественными опухолями. Многие виды рака образуют солидные опухоли, но рак крови, такой как лейкемия, обычно этого не делает.

Доброкачественные опухоли не распространяются и не проникают в близлежащие ткани. При удалении доброкачественные опухоли обычно не вырастают снова, в то время как раковые опухоли иногда растут. Однако доброкачественные опухоли иногда могут быть довольно большими. Некоторые из них могут вызывать серьезные симптомы или быть опасными для жизни, например доброкачественные опухоли головного мозга.

Типы рака

Существует более 100 видов рака. Типы рака обычно называют по органам или тканям, в которых образуются раковые образования. Например, рак легких начинается в легких, а рак головного мозга начинается в головном мозге.Раки также могут быть описаны по типу клеток, которые их образовали, таких как эпителиальные клетки или плоскоклеточные клетки.

Вы можете найти на веб-сайте NCI информацию о конкретных типах рака в зависимости от локализации рака в организме или с помощью нашего списка раковых заболеваний от А до Я. У нас также есть информация о раке у детей и раке у подростков и молодых людей.

Вот некоторые категории рака, которые начинаются в определенных типах клеток:

Карцинома

Карциномы являются наиболее распространенным типом рака. Они образованы эпителиальными клетками, которые представляют собой клетки, покрывающие внутреннюю и внешнюю поверхности тела. Существует много типов эпителиальных клеток, которые часто имеют столбчатую форму при рассмотрении под микроскопом.

Карциномы, которые начинаются в разных типах эпителиальных клеток, имеют определенные названия:

Аденокарцинома — это рак, который формируется в эпителиальных клетках, вырабатывающих жидкости или слизь. Ткани с этим типом эпителиальных клеток иногда называют железистыми тканями.Большинство видов рака молочной железы, толстой кишки и простаты являются аденокарциномами.

Базально-клеточная карцинома — это рак, который начинается в нижнем или базальном (базовом) слое эпидермиса, который является наружным слоем кожи человека.

Плоскоклеточный рак — это рак, который образуется в плоскоклеточных клетках, представляющих собой эпителиальные клетки, лежащие непосредственно под внешней поверхностью кожи. Плоскоклеточные клетки также выстилают многие другие органы, включая желудок, кишечник, легкие, мочевой пузырь и почки. Плоскоклеточные клетки выглядят плоскими, как рыбья чешуя, если рассматривать их под микроскопом.Плоскоклеточный рак иногда называют эпидермоидным раком.

Переходно-клеточная карцинома — это рак, который формируется в типе эпителиальной ткани, называемой переходным эпителием или уротелием. Эта ткань, состоящая из множества слоев эпителиальных клеток, которые могут увеличиваться и уменьшаться, находится в слизистой оболочке мочевого пузыря, мочеточников и части почек (почечная лоханка) и некоторых других органах. Некоторые виды рака мочевого пузыря, мочеточников и почек являются переходно-клеточными карциномами.

Саркома

Саркома мягких тканей формируется в мягких тканях тела, включая мышцы, сухожилия, жир, кровеносные сосуды, лимфатические сосуды, нервы и ткани вокруг суставов.

Авторы и права: Тереза ​​Уинслоу

Саркомы — это злокачественные новообразования, которые формируются в костях и мягких тканях, включая мышцы, жир, кровеносные сосуды, лимфатические сосуды и фиброзную ткань (например, сухожилия и связки).

Остеосаркома является наиболее распространенным раком костей. Наиболее распространенными типами саркомы мягких тканей являются лейомиосаркома, саркома Капоши, злокачественная фиброзная гистиоцитома, липосаркома и выбухающая дерматофибросаркома.

Наша страница о саркоме мягких тканей содержит дополнительную информацию.

Лейкемия

Рак, который начинается в кроветворной ткани костного мозга, называется лейкемией. Эти виды рака не образуют солидных опухолей. Вместо этого в крови и костном мозге накапливается большое количество аномальных лейкоцитов (лейкозных клеток и лейкемических бластных клеток), вытесняя нормальные клетки крови.Низкий уровень нормальных клеток крови может затруднить доставку кислорода к тканям, остановить кровотечение или бороться с инфекциями.

Существует четыре распространенных типа лейкемии, которые сгруппированы в зависимости от того, как быстро прогрессирует заболевание (острый или хронический) и от типа клетки крови, в которой начинается рак (лимфобластный или миелоидный). Острые формы лейкоза развиваются быстро, а хронические – медленнее.

На нашей странице о лейкемии есть дополнительная информация.

Лимфома

Лимфома — это рак, который начинается в лимфоцитах (Т-клетках или В-клетках).Это борющиеся с болезнями лейкоциты, которые являются частью иммунной системы. При лимфоме аномальные лимфоциты накапливаются в лимфатических узлах и лимфатических сосудах, а также в других органах тела.

Существует два основных типа лимфомы:

Лимфома Ходжкина. У людей с этим заболеванием обнаруживаются аномальные лимфоциты, называемые клетками Рида-Штернберга. Эти клетки обычно формируются из В-клеток.

Неходжкинская лимфома — это большая группа раковых заболеваний, которые начинаются в лимфоцитах.Рак может расти быстро или медленно и может образовываться из В-клеток или Т-клеток.

На нашей странице о лимфоме есть дополнительная информация.

Множественная миелома

Множественная миелома — это рак, который начинается в плазматических клетках, другом типе иммунных клеток. Аномальные плазматические клетки, называемые клетками миеломы, накапливаются в костном мозге и образуют опухоли в костях по всему телу. Множественную миелому также называют плазмоклеточной миеломой и болезнью Калера.

На нашей странице о множественной миеломе и других новообразованиях плазматических клеток содержится дополнительная информация.

Меланома

Меланома — это рак, который начинается в клетках, превращающихся в меланоциты — специализированные клетки, вырабатывающие меланин (пигмент, придающий коже ее цвет). Большинство меланом образуются на коже, но меланомы могут также образовываться в других пигментированных тканях, таких как глаза.

Наши страницы о раке кожи и внутриглазной меланоме содержат больше информации.

Опухоли головного и спинного мозга

Существуют различные виды опухолей головного и спинного мозга.Эти опухоли названы в зависимости от типа клеток, в которых они образовались, и от того, где опухоль впервые образовалась в центральной нервной системе. Например, астроцитарная опухоль начинается в звездообразных клетках мозга, называемых астроцитами, которые помогают поддерживать здоровье нервных клеток. Опухоли головного мозга могут быть доброкачественными (не рак) или злокачественными (рак).

На наших страницах об опухолях головного и спинного мозга у взрослых и опухолях головного и спинного мозга у детей содержится больше информации.

Другие типы опухолей

Опухоли зародышевых клеток

Опухоли зародышевых клеток представляют собой тип опухоли, которая начинается в клетках, дающих начало сперматозоидам или яйцеклеткам.Эти опухоли могут возникать практически в любом месте тела и могут быть как доброкачественными, так и злокачественными.

Наша страница рака по локализации/системе тела включает список опухолей зародышевых клеток со ссылками на дополнительную информацию.

Нейроэндокринные опухоли

Нейроэндокринные опухоли образуются из клеток, которые выделяют гормоны в кровь в ответ на сигнал нервной системы. Эти опухоли, которые могут производить больше гормонов, чем обычно, могут вызывать множество различных симптомов. Нейроэндокринные опухоли могут быть доброкачественными и злокачественными.

Наше определение нейроэндокринных опухолей содержит больше информации.

Карциноидные опухоли

Карциноидные опухоли представляют собой тип нейроэндокринной опухоли. Это медленно растущие опухоли, которые обычно обнаруживаются в желудочно-кишечном тракте (чаще всего в прямой и тонкой кишке). Карциноидные опухоли могут распространяться на печень или другие участки тела и могут секретировать такие вещества, как серотонин или простагландины, вызывая карциноидный синдром.

На нашей странице о карциноидных опухолях желудочно-кишечного тракта содержится дополнительная информация.

Статистика рака — Национальный институт рака

Рак оказывает большое влияние на общество в Соединенных Штатах и ​​во всем мире. Статистика рака описывает, что происходит в больших группах людей, и дает картину бремени рака для общества во времени.

Статистические данные сообщают нам такие вещи, как количество людей, у которых ежегодно диагностируется рак и умирает от него, число людей, которые в настоящее время живут после постановки диагноза рака, средний возраст на момент постановки диагноза и количество людей, которые все еще живы в течение указанное время после постановки диагноза.Они также сообщают нам о различиях между группами, определяемыми возрастом, полом, расовой/этнической группой, географическим положением и другими категориями.

Статистика рака также помогает нам видеть тенденции. Глядя на показатели заболеваемости раком с течением времени, мы можем отслеживать изменения риска развития и смерти от конкретных видов рака, а также от рака в целом.

Информацию о шансах на выживание при раке и прогнозе см. в разделе «Понимание прогноза рака». NCI также имеет сборник статистических сводок по ряду распространенных типов рака.

Статистика рака | Вы знали?

Информация о статистике рака, о том, как рассчитывается статистика рака и откуда берутся данные.

Хотя статистические тенденции обычно не применимы напрямую к отдельным пациентам, они необходимы правительствам, политикам, специалистам в области здравоохранения и исследователям для понимания воздействия рака на население и разработки стратегий для решения проблем, которые рак представляет для общества. на свободе.Статистические тенденции также важны для измерения успеха усилий по контролю и лечению рака.

Краткий обзор статистики: бремя рака в США

• По оценкам, в 2020 году в США будет диагностировано 1 806 590 новых случаев рака, и 606 520 человек умрут от этой болезни.
• Наиболее распространенными видами рака (перечисленными в порядке убывания в соответствии с оценками новых случаев в 2020 г.) являются рак молочной железы, рак легких и бронхов, рак предстательной железы, рак толстой и прямой кишки, меланома кожи, рак мочевого пузыря, неходжкинская лимфома, почки и рак почечной лоханки, рак эндометрия, лейкемия, рак поджелудочной железы, рак щитовидной железы и рак печени.
• На рак предстательной железы, легких и колоректальный рак приходится примерно 43% всех случаев рака, диагностированных у мужчин в 2020 году. У женщин три наиболее распространенных вида рака — это рак молочной железы, легких и колоректальный рак, и на их долю приходится примерно 50% всех случаев рака. новых диагнозов рака у женщин в 2020 году.
• Показатель новых случаев рака (заболеваемость раком) составляет 442,4 на 100 000 мужчин и женщин в год (по данным 2013–2017 гг.).
• Смертность от рака (смертность от рака) составляет 158,3 на 100 000 мужчин и женщин в год (на основе смертей за 2013–2017 гг.).
• Смертность от рака среди мужчин выше, чем среди женщин (189,5 на 100 000 мужчин и 135,7 на 100 000 женщин). При сравнении групп по расовому/этническому признаку и полу смертность от рака самая высокая у афроамериканских мужчин (227,3 на 100 000) и самая низкая у женщин с азиатских/тихоокеанских островов (85,6 на 100 000).
• По состоянию на январь 2019 года в Соединенных Штатах насчитывалось около 16,9 миллиона человек, перенесших рак. По прогнозам, к 2030 году число выживших после рака увеличится до 22,2 миллиона человек.
• Приблизительно у 39,5% мужчин и женщин в какой-то момент жизни будет диагностирован рак (по данным 2015–2017 г.).
• В 2020 году примерно у 16 ​​850 детей и подростков в возрасте от 0 до 19 лет будет диагностирован рак, и 1730 человек умрут от этой болезни.
• Предполагаемые национальные расходы на лечение рака в США в 2018 году составили 150,8 млрд долларов. В будущем затраты, вероятно, возрастут по мере старения населения и увеличения числа больных раком.Затраты также, вероятно, увеличатся, поскольку новые и часто более дорогие методы лечения принимаются в качестве стандартов лечения.

Краткий обзор статистики: бремя рака во всем мире

• Рак является одной из основных причин смерти во всем мире. В 2018 году во всем мире было зарегистрировано 18,1 миллиона новых случаев заболевания и 9,5 миллиона смертей от рака.
• Ожидается, что к 2040 году число новых случаев рака в год возрастет до 29,5 миллионов, а число смертей от рака — до 16. 4 миллиона.
• Как правило, заболеваемость раком самая высокая в странах с самой высокой продолжительностью жизни, уровнем образования и уровнем жизни населения. Но для некоторых видов рака, таких как рак шейки матки, верно обратное, и уровень заболеваемости самый высокий в странах, в которых население занимает низкие позиции по этим показателям.

Источник: Международное агентство по изучению рака

Тенденции смертности от рака в США

Лучшим индикатором прогресса в борьбе с раком является изменение коэффициента смертности (смерти) с поправкой на возраст, хотя важны и другие показатели, такие как качество жизни.Заболеваемость также важна, но интерпретировать изменения заболеваемости не всегда просто. Рост заболеваемости может отражать реальное увеличение заболеваемости, например, когда увеличение воздействия фактора риска вызывает больше случаев рака. При таком сценарии увеличение заболеваемости, вероятно, приведет к росту смертности от рака. С другой стороны, заболеваемость раком может возрасти из-за нового скринингового теста, который выявляет множество случаев рака, которые не вызвали бы проблем в чьей-либо жизни (гипердиагностика).В этом примере заболеваемость раком увеличится, но уровень смертности не изменится.

Тенденции смертности при сравнении с тенденциями заболеваемости также могут свидетельствовать об улучшении лечения. Если уровень смертности снижается быстрее, чем заболеваемость (или если уровень смертности снижается при росте заболеваемости), это может отражать доступность более эффективных методов лечения. Например, статистические данные свидетельствуют о том, что улучшенные методы лечения, вероятно, внесли существенный вклад в недавнее резкое снижение уровня смертности от рака легких.

В Соединенных Штатах общий уровень смертности от рака снизился с начала 1990-х годов. Самый последний Ежегодный отчет для нации, выпущенный в марте 2020 года, показывает, что общий уровень смертности от рака снизился на:

• 1,8% в год среди мужчин с 2001 по 2017 год
• 1,4% в год среди женщин с 2001 по 2017 год
• 1,4% в год среди детей в возрасте 0–14 лет с 2013 по 2017 год

Хотя показатели смертности от многих отдельных видов рака также снизились, показатели смертности от некоторых видов рака не изменились или даже увеличились.

По мере снижения общего уровня смертности от рака число выживших увеличилось. Эти тенденции показывают, что прогресс в борьбе с болезнью достигнут, но предстоит еще много работы. Хотя показатели курения, основной причины рака, снизились, показатели других факторов риска, таких как ожирение, в Соединенных Штатах увеличились. Кроме того, население США стареет, и заболеваемость раком увеличивается с возрастом.

Программа эпиднадзора, эпидемиологии и конечных результатов (SEER)

Программа NCI по наблюдению, эпидемиологии и конечным результатам (SEER)

собирает и публикует данные о заболеваемости раком и выживаемости из популяционных регистров рака, которые охватывают примерно 35% населения США.Веб-сайт программы SEER содержит более подробную статистику по раку, включая популяционную статистику по распространенным видам рака, настраиваемые графики и таблицы, а также интерактивные инструменты.

Ежегодный отчет для нации о статусе рака содержит ежегодную обновленную информацию о заболеваемости раком, смертности и тенденциях в Соединенных Штатах. Этот отчет подготовлен совместно экспертами из NCI, Центров по контролю и профилактике заболеваний, Американского онкологического общества и Североамериканской ассоциации центральных онкологических регистров.

Что такое Рак? | Cancer.Net

Рак — это группа из более чем 100 различных заболеваний. Он может развиваться практически в любой части тела.

Как начинается рак

Клетки являются основными единицами, из которых состоит тело человека. Клетки растут и делятся, чтобы создавать новые клетки по мере необходимости в них. Обычно клетки умирают, когда становятся слишком старыми или поврежденными. Затем их место занимают новые клетки.

Рак начинается, когда генетические изменения мешают этому упорядоченному процессу.Клетки начинают бесконтрольно расти. Эти клетки могут образовывать массу, называемую опухолью. Опухоль может быть раковой или доброкачественной. Раковая опухоль является злокачественной, то есть она может расти и распространяться на другие части тела. Доброкачественная опухоль означает, что опухоль может расти, но не будет распространяться.

Некоторые виды рака не образуют опухоли. К ним относятся лейкемии, большинство типов лимфомы и миеломы.

Типы рака

Врачи делят рак на типы в зависимости от того, где он начинается. Четыре основных типа рака:

• Карциномы.  Карцинома начинается в коже или ткани, покрывающей поверхность внутренних органов и желез. Карциномы обычно образуют солидные опухоли. Они являются наиболее распространенным типом рака. Примеры карцином включают рак предстательной железы, рак молочной железы, рак легких и колоректальный рак.

• Саркомы.  Саркома зарождается в тканях, которые поддерживают и соединяют тело. Саркома может развиваться в жировой ткани, мышцах, нервах, сухожилиях, суставах, кровеносных сосудах, лимфатических сосудах, хрящах или костях.

• Лейкозы.  Лейкемия – это рак крови. Лейкемия начинается, когда здоровые клетки крови изменяются и бесконтрольно растут. Четыре основных типа лейкоза – это острый лимфоцитарный лейкоз, хронический лимфоцитарный лейкоз, острый миелоидный лейкоз и хронический миелоидный лейкоз.

• Лимфомы. Лимфома — это рак, который начинается в лимфатической системе. Лимфатическая система представляет собой сеть сосудов и желез, которые помогают бороться с инфекцией.Существует 2 основных типа лимфом: лимфома Ходжкина и неходжкинская лимфома.

Существует множество других видов рака. Узнайте больше об этих других типах рака.

Как распространяется рак

По мере роста раковой опухоли кровоток или лимфатическая система могут переносить раковые клетки в другие части тела. Во время этого процесса раковые клетки растут и могут превратиться в новые опухоли. Это известно как метастазирование.

Одним из первых мест распространения рака являются лимфатические узлы.Лимфатические узлы — это крошечные бобовидные органы, которые помогают бороться с инфекцией. Они располагаются скоплениями в разных частях тела, таких как шея, паховая область и под мышками.

Рак также может распространиться через кровоток в отдаленные части тела. Эти части могут включать кости, печень, легкие или мозг. Даже если рак распространяется, он все равно назван в честь области, где он начался. Например, если рак молочной железы распространяется на легкие, это называется метастатическим раком молочной железы, а не раком легких.

Посмотрите короткое видео о том, как начинается рак и как он распространяется на другие части тела.

Видео использовано с разрешения BioDigital Systems. Прочитайте полный текст расшифровки.

Диагностика рака

Часто диагностика начинается с обращения человека к врачу по поводу необычного симптома. Врач поговорит с человеком о его или ее истории болезни и симптомах. Затем врач проведет различные анализы, чтобы выяснить причину этих симптомов.

Но у многих людей с раком симптомы отсутствуют. У этих людей рак диагностируется во время медицинского обследования по поводу другой проблемы или состояния.

Иногда врач обнаруживает рак после скринингового теста у здорового человека. Примеры скрининговых тестов включают колоноскопию, маммографию и мазок Папаниколау. Человеку может потребоваться больше тестов, чтобы подтвердить или опровергнуть результат скринингового теста.

Для большинства видов рака биопсия является единственным способом поставить точный диагноз.Биопсия – это удаление небольшого количества ткани для дальнейшего исследования. Узнайте больше о постановке диагноза после биопсии.

Связанные ресурсы

раковых клеток по сравнению с нормальными клетками

Ваше тело постоянно производит новые клетки. Нормальные клетки следуют типичному циклу: они растут, делятся и умирают. Раковые клетки, с другой стороны, не следуют этому циклу. Вместо того, чтобы умирать, они размножаются и продолжают воспроизводить другие аномальные клетки. Эти клетки могут проникать в части тела, такие как грудь, печень, легкие и поджелудочная железа.Они также могут проходить через вашу кровь и лимфатическую систему и распространяться на другие части тела.

Ниже вы узнаете, чем раковые клетки отличаются от нормальных клеток, как они формируются и как ученые исследуют раковые клетки.

Ключевые отличия

Понимая, чем раковые клетки отличаются от нормальных клеток, исследователи разрабатывают методы лечения. Если у вас рак, эти знания могут помочь вам понять, что происходит внутри вашего тела.

Вот наиболее существенные различия между раковыми клетками и нормальными клетками:

• Раковые клетки продолжают делиться. Раковые клетки игнорируют сигналы организма о прекращении деления. В вашем организме есть встроенный процесс, называемый апоптозом или запрограммированной гибелью клеток, который говорит телу избавиться от клеток, которые ему больше не нужны. Нормальные клетки лучше слушаются: они прислушиваются к сигналам тела и перестают воспроизводиться, когда присутствует достаточное количество клеток.
• Раковые клетки растут слишком быстро, чтобы созреть. Нормальные клетки созревают в отдельные типы клеток. Эти различные типы клеток имеют определенные функции. Например, клетки печени помогают вашему организму усваивать белки, жиры и углеводы и помогают удалять алкоголь из крови.Раковые клетки делятся так быстро, что у них нет возможности созреть и стать специализированными клетками, которыми они должны быть.
• Раковые клетки могут влиять на нормальные клетки. Раковые клетки могут фактически влиять на поведение нормальных клеток, молекул и кровеносных сосудов вблизи опухоли. Например, раковые клетки могут рекрутировать нормальные клетки для развития новых кровеносных сосудов. Эти сосуды поддерживают жизнь опухоли и дают ей возможность расти, обеспечивая ее кислородом и питательными веществами.
• Раковые клетки обманывают иммунную систему. Вы, наверное, знаете, что ваша иммунная система помогает вам бороться с инфекциями и болезнями. Иммунная система обычно избавляется от аномальных или поврежденных клеток. Раковым клеткам удается избежать этого процесса, что позволяет опухолям расти.
• Раковые клетки инвазивны. Поскольку раковые клетки игнорируют сигналы организма о прекращении деления, они начинают проникать в близлежащие ткани. Если опухоль доброкачественная, она может сдавливать соседние ткани, но не проникать в них.Однако злокачественная опухоль прорастает ткани и способна распространяться по всему организму.
• Раковые клетки могут распространяться на другие части тела. Нормальные клетки знают свое место в вашем теле и остаются на месте. Метастатические раковые клетки начинают распространяться на другие части тела. Например, рак может развиться в легких и распространиться на печень. Если это распространение происходит, оно известно как метастатический рак легких, а не рак печени.

Как образуются раковые клетки

Ваше тело состоит из сотен миллионов клеток.Это нормально, что некоторые из ваших клеток являются ненормальными, но в вашем организме есть ряд процессов, которые защищают вас от них. Раковые клетки уклончивы. Они обходят внутренние буферы вашего тела. Но как они это делают?

Дело в генетике. Гены контролируют то, как ваши клетки делятся и растут, а также когда они умирают. Иногда клетка изменяется — или мутирует — при делении. Генетические изменения в клетках могут произойти, если:

• Вы унаследовали их от своих родителей. Некоторые виды рака, такие как рак молочной железы и рак яичников, передаются по наследству.Унаследованная генная мутация находится в яйцеклетке или сперме при зачатии. Сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку и образует одну клетку. Эта клетка делится, и генетическая мутация оказывается в каждой отдельной клетке.
• Эти мутации часто происходят в генах-супрессорах опухолей, которые обычно помогают гарантировать, что клетки делятся и умирают в нужное время. Гены-супрессоры опухолей также исправляют ошибки ДНК. Но если в этих генах-супрессорах опухолей есть унаследованные мутации, этого может не произойти.
• Вы приобретаете их .Большинство видов рака возникает в результате приобретенной или соматической мутации. Вместо того, чтобы наследовать эти мутации, они накапливаются на протяжении всей вашей жизни в результате воздействия окружающей среды. Например, курение, пассивное курение и ультрафиолетовые лучи солнца могут вызывать рак, повреждая вашу ДНК. Когда ваша ДНК повреждена, это может позволить раковой клетке или небольшой группе раковых клеток расти, появляться и делиться.

Как врачи обнаруживают раковые клетки

Хотя раковые клетки могут обмануть ваше тело и спрятаться внутри него, у врачей есть различные способы обнаружения и диагностики рака, в том числе:

• Лабораторные исследования. Больные раком часто имеют высокий или низкий уровень определенных веществ. Анализы крови и мочи могут обнаружить эти вещества. Важно отметить, что аномальный результат теста не означает, что у вас рак. Ваш врач может поговорить с вами о результатах и ​​дальнейших шагах.
• Визуальные тесты. Компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвуковое исследование, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), сканирование костей, рентгеновское и ядерное сканирование — вот некоторые из методов визуализации, которые ваша команда по уходу может использовать для выявления рака.
• Биопсия. Врачи обычно выполняют биопсию для диагностики рака. Во время биопсии врач берет небольшой образец ткани. Ткань изучается под микроскопом и проходит ряд тестов. Ваш врач может получить образец биопсии с помощью иглы, хирургического вмешательства или процедуры, при которой в тело вводится тонкая трубка со светом и камерой. Инструменты могут быть отправлены через трубку, чтобы взять образец ткани для тестирования.

Что такое рак?

Рак поражает 1 из 3 человек в США.Скорее всего, вы или кто-то из ваших знакомых заболел раком. Вот некоторая информация, которая поможет вам лучше понять, что такое рак.

Вы состоите из триллионов клеток, которые в течение вашей жизни обычно растут и делятся по мере необходимости. Когда клетки становятся ненормальными или стареют, они обычно умирают. Рак начинается, когда что-то идет не так в этом процессе, и ваши клетки продолжают производить новые клетки, а старые или ненормальные не умирают, когда должны. Когда раковые клетки выходят из-под контроля, они могут вытеснять нормальные клетки.Это мешает вашему телу работать так, как должно.

Многие люди успешно лечат рак. На самом деле больше людей, чем когда-либо прежде, живут полноценной жизнью после лечения рака.

Рак — это больше, чем просто болезнь

Существует множество видов рака. Рак может развиться в любом месте тела и назван в честь части тела, где он начался. Например, рак молочной железы, который начинается в молочной железе, по-прежнему называется раком молочной железы, даже если он распространяется (метастазирует) в другие части тела.

Существует две основные категории рака:

• Гематологические виды рака (крови) — это виды рака клеток крови, включая лейкемию, лимфому и множественную миелому.
• S солидные опухоли рак представляет собой рак любых других органов или тканей тела. Наиболее распространенными солидными опухолями являются рак молочной железы, предстательной железы, легких и колоректальный рак.

Эти виды рака в чем-то похожи, но могут различаться способами роста, распространения и реакции на лечение.Некоторые виды рака растут и распространяются быстро. Другие растут медленнее. Некоторые из них с большей вероятностью распространяются на другие части тела. Другие, как правило, остаются там, где они начали.

Некоторые виды рака лучше всего лечат хирургическим путем; другие лучше реагируют на лекарства, такие как химиотерапия. Часто для достижения наилучших результатов используются 2 или более процедур.

Что такое опухоль?

Опухоль представляет собой шишку или новообразование. Некоторые шишки являются раком, но многие — нет.

• Опухоли, которые не являются раковыми, называются доброкачественными
• Опухоли, являющиеся раком, называются злокачественными

Рак отличается тем, что он может распространяться на другие части тела, в то время как доброкачественные опухоли этого не делают.Раковые клетки могут отделиться от места, где начался рак. Эти клетки могут перемещаться в другие части тела и попадать в лимфатические узлы или другие органы тела, вызывая проблемы с нормальными функциями.

Что вызывает рак?

Раковые клетки развиваются из-за множественных изменений в их генах. Эти изменения могут иметь множество возможных причин. Образ жизни, гены, полученные от родителей, и контакт с вызывающими рак агентами в окружающей среде — все это может сыграть свою роль.Во многих случаях очевидной причины нет.

Какая стадия рака?

При обнаружении рака проводятся тесты, чтобы определить, насколько он велик и распространился ли он из того места, где он начался. Это называется стадией рака.

Более низкая стадия (например, стадия 1 или 2) означает, что рак распространился не очень сильно. Более высокое число (например, стадия 3 или 4) означает, что вирус распространился больше. Стадия 4 является высшей стадией.

Стадия рака очень важна при выборе наилучшего лечения для человека.Спросите своего врача о стадии вашего рака и о том, что это значит для вас.

Как распространяется рак?

Рак может распространиться из того места, где он начался (первоначальная локализация), в другие части тела.

Когда раковые клетки отделяются от опухоли, они могут перемещаться в другие части тела через кровоток или лимфатическую систему. Раковые клетки могут путешествовать по кровотоку и достигать отдаленных органов. Если они проходят через лимфатическую систему, раковые клетки могут попасть в лимфатические узлы.В любом случае, большинство уцелевших раковых клеток умирают или погибают, прежде чем они смогут начать расти где-то еще. Но один или два могут поселиться в новом месте, начать расти и образовать новые опухоли. Это распространение рака на новую часть тела называется метастазированием .

Чтобы раковые клетки распространились на новые части тела, они должны пройти несколько изменений. Сначала они должны стать способными оторваться от исходной опухоли, а затем прикрепиться к внешней стенке лимфатического сосуда или кровеносного сосуда.Затем они должны пройти через стенку сосуда, чтобы течь с кровью или лимфой к новому органу или лимфатическому узлу.

Развитие и причины рака — Клетка

Основной аномалией, приводящей к развитию рака, является непрерывная нерегулируемая пролиферация раковых клеток. Вместо того, чтобы адекватно реагировать на сигналы, контролирующие нормальное поведение клеток, раковые клетки растут и делятся неконтролируемым образом, вторгаясь в нормальные ткани и органы и в конечном итоге распространяясь по всему телу.Общая потеря контроля над ростом, проявляемая раковыми клетками, является чистым результатом накопленных аномалий в множественных клеточных регуляторных системах и отражается в нескольких аспектах поведения клеток, которые отличают раковые клетки от их нормальных аналогов.

Типы рака

Рак может возникнуть в результате аномальной пролиферации любого из различных типов клеток в организме, поэтому существует более ста различных типов рака, которые могут существенно различаться по своему поведению и реакции на лечение.Важнейшим вопросом онкологической патологии является разграничение доброкачественных и злокачественных опухолей (). Опухоль — это любое аномальное разрастание клеток, которое может быть как доброкачественным, так и злокачественным. Доброкачественная опухоль, такая как обычная кожная бородавка, остается ограниченной своим первоначальным местоположением, не прорастает в окружающие нормальные ткани и не распространяется на отдаленные участки тела. Однако злокачественная опухоль способна как проникать в окружающие нормальные ткани, так и распространяться по всему телу через кровеносную или лимфатическую системы (метастазирование).Только злокачественные опухоли правильно называют раком, и именно их способность проникать и метастазировать делает рак таким опасным. В то время как доброкачественные опухоли обычно можно удалить хирургическим путем, распространение злокачественных опухолей на отдаленные участки тела часто делает их устойчивыми к такому локальному лечению.

Рисунок 15.1

Злокачественная опухоль матки. Микрофотографии нормальной матки (А) и среза саркомы матки (В). Обратите внимание, что раковые клетки (темно окрашенные) вторглись в окружающие нормальные ткани.(Cecil Fox/Molecular Histology, Inc. )

Как доброкачественные, так и злокачественные опухоли классифицируются в соответствии с типом клеток, из которых они возникают. Большинство видов рака попадают в одну из трех основных групп: карциномы, саркомы и лейкемии или лимфомы. Карциномы, которые составляют примерно 90% раковых заболеваний человека, являются злокачественными новообразованиями эпителиальных клеток. Саркомы, которые редко встречаются у людей, представляют собой солидные опухоли соединительных тканей, таких как мышцы, кости, хрящи и фиброзные ткани. Лейкозы и лимфомы, на долю которых приходится примерно 8% злокачественных новообразований человека, возникают соответственно из кроветворных клеток и клеток иммунной системы.Опухоли дополнительно классифицируются в зависимости от ткани происхождения (например, карциномы легкого или молочной железы) и типа пораженных клеток. Например, фибросаркомы возникают из фибробластов, а эритроидные лейкозы из предшественников эритроцитов (эритроцитов).

Хотя существует множество видов рака, лишь немногие из них встречаются часто (). Ежегодно в Соединенных Штатах диагностируется более миллиона случаев рака, и ежегодно от рака умирает более 500 000 американцев. На рак 10 различных участков тела приходится более 75% от общей заболеваемости раком.Четыре наиболее распространенных вида рака, на долю которых приходится более половины всех случаев рака, — это рак молочной железы, предстательной железы, легких и толстой/прямой кишки. Рак легких, безусловно, самый смертоносный, является причиной почти 30% всех смертей от рака.

Таблица 15.1

Десять наиболее частых видов рака в США.

Развитие рака

Одной из фундаментальных особенностей рака является клональность опухоли, развитие опухолей из отдельных клеток, которые начинают аномально размножаться.Одноклеточное происхождение многих опухолей было продемонстрировано анализом инактивации Х-хромосомы (4). Как обсуждалось в главе 8, один член пары Х-хромосом инактивируется путем превращения в гетерохроматин в женских клетках. Инактивация Х-хромосомы происходит случайным образом во время эмбрионального развития, поэтому одна Х-хромосома инактивируется в одних клетках, а другая Х-хромосома инактивируется в других клетках. Таким образом, если женщина гетерозиготна по гену Х-хромосомы, разные аллели будут экспрессироваться в разных клетках.Нормальные ткани состоят из смеси клеток с разными неактивными Х-хромосомами, поэтому экспрессия обоих аллелей выявляется в нормальных тканях гетерозиготных женщин. Напротив, опухолевые ткани обычно экспрессируют только один аллель гетерозиготного гена Х-хромосомы. Подразумевается, что все клетки, составляющие такую ​​опухоль, произошли от одной исходной клетки, в которой паттерн инактивации Х был зафиксирован до того, как опухоль начала развиваться.

Рисунок 15.2

Клональность опухоли.Нормальная ткань представляет собой мозаику клеток, в которых разные Х-хромосомы (Х ₁ и Х ₂ ) инактивированы. Опухоли развиваются из одной изначально измененной клетки, поэтому каждая опухолевая клетка демонстрирует одинаковую картину инактивации X (X ₁ неактивна, X (подробнее…)

Клональное происхождение опухолей, однако, не означает, что исходная клетка-предшественница, дающая начало опухоли, изначально приобрела все признаки раковой клетки. Наоборот, развитие рака представляет собой многоэтапный процесс, при котором клетки постепенно становятся злокачественными посредством последовательного ряда изменений.Одним из признаков многоступенчатого развития рака является то, что большинство раковых заболеваний развивается в позднем возрасте. Заболеваемость раком толстой кишки, например, возрастает более чем в десять раз в возрасте от 30 до 50 лет и еще в десять раз между 50 и 70 годами. Такой резкий рост заболеваемости раком с возрастом свидетельствует о том, что большинство раковых заболеваний развивается как следствие множественных аномалий, которые накапливаются в течение многих лет.

Рисунок 15.3

Увеличение частоты рака толстой кишки с возрастом. Ежегодная смертность от рака толстой кишки в США.(Данные J. Cairns, 1978. Cancer: Science and Society , New York: WH Freeman). способность к пролиферации, выживанию, инвазии и метастазированию. Считается, что первый шаг в этом процессе, возникновение опухоли , является результатом генетического изменения, приводящего к аномальной пролиферации одной клетки. Пролиферация клеток затем приводит к росту популяции опухолевых клеток клонального происхождения. Прогрессирование опухоли продолжается, поскольку в клетках опухолевой популяции происходят дополнительные мутации. Некоторые из этих мутаций дают клетке избирательное преимущество, такое как более быстрый рост, и потомки клетки, несущей такую ​​мутацию, впоследствии становятся доминирующими в опухолевой популяции. Этот процесс называется клональной селекцией, так как новый клон опухолевых клеток развился на основе их повышенной скорости роста или других свойств (таких как выживаемость, инвазия или метастазирование), которые дают избирательное преимущество.Клональный отбор продолжается на протяжении всего развития опухоли, поэтому опухоли постоянно становятся все более быстрорастущими и все более злокачественными.

Рисунок 15.4

Стадии развития опухоли. Развитие рака начинается, когда одна мутировавшая клетка начинает аномально размножаться. Дополнительные мутации, за которыми следует отбор более быстро растущих клеток в популяции, затем приводят к прогрессированию (подробнее. ..)

Исследования карциномы толстой кишки предоставили наглядный пример прогрессирования опухоли во время развития обычного злокачественного новообразования человека ().Наиболее ранней стадией развития опухоли является повышенная пролиферация эпителиальных клеток толстой кишки. Затем считается, что одна из клеток в этой пролиферативной клеточной популяции дает начало небольшому доброкачественному новообразованию (аденоме или полипу). Дальнейшие раунды клональной селекции приводят к росту аденом с увеличивающимся размером и пролиферативным потенциалом. Затем из доброкачественных аденом возникают злокачественные карциномы, на что указывает инвазия опухолевых клеток через базальную мембрану в подлежащую соединительную ткань.Затем раковые клетки продолжают размножаться и распространяться по соединительным тканям стенки толстой кишки. В конце концов раковые клетки проникают через стенку толстой кишки и проникают в другие органы брюшной полости, такие как мочевой пузырь или тонкая кишка. Кроме того, раковые клетки проникают в кровеносные и лимфатические сосуды, что позволяет им метастазировать по всему телу.

Рисунок 15.5

Развитие рака толстой кишки. Единственная изначально измененная клетка дает начало пролиферативной клеточной популяции, которая прогрессирует сначала в доброкачественные аденомы увеличивающихся размеров, а затем в злокачественную карциному.Раковые клетки проникают в нижележащую соединительную ткань (подробнее…)

Причины рака

Вещества, вызывающие рак, называемые канцерогенами, были идентифицированы как в исследованиях на экспериментальных животных, так и в результате эпидемиологического анализа частоты возникновения рака в популяции людей (например, высокая заболеваемость раком легких среди курильщиков сигарет). Поскольку развитие злокачественных новообразований представляет собой сложный многоэтапный процесс, на вероятность развития рака могут влиять многие факторы, и говорить об отдельных причинах большинства видов рака было бы слишком упрощенно. Тем не менее было обнаружено, что многие агенты, включая радиацию, химические вещества и вирусы, вызывают рак как у экспериментальных животных, так и у людей.

Радиация и многие химические канцерогены () действуют, повреждая ДНК и вызывая мутации. Эти канцерогены обычно называют инициирующими агентами, поскольку считается, что индукция мутаций в ключевых генах-мишенях является начальным событием, ведущим к развитию рака. Некоторые из инициирующих агентов, которые способствуют возникновению рака у человека, включают солнечное ультрафиолетовое излучение (основная причина рака кожи), канцерогенные химические вещества в табачном дыме и афлатоксин (мощный канцероген для печени, вырабатываемый некоторыми видами плесени, которые загрязняют неправильно хранящиеся запасы арахиса и других зерен). ).Канцерогены в табачном дыме (включая бензо( a )пирен, диметилнитрозамин и соединения никеля) являются основными выявленными причинами рака у человека. Курение является бесспорной причиной от 80 до 90% случаев рака легких, а также связано с раком полости рта, глотки, гортани, пищевода и других органов. В целом считается, что курение является причиной почти одной трети всех смертей от рака — впечатляющие потери для одного канцерогенного агента.

Рис. 15.6

Структура репрезентативных химических канцерогенов.

Другие канцерогены способствуют развитию рака, стимулируя пролиферацию клеток, а не вызывая мутации. Такие соединения называют промоторами опухоли, поскольку индуцируемое ими усиленное клеточное деление необходимо для роста пролиферативной клеточной популяции на ранних стадиях развития опухоли. Классическими примерами являются сложные эфиры форбола, которые стимулируют пролиферацию клеток путем активации протеинкиназы С (см. ).Их активность была определена в исследованиях химической индукции кожных опухолей у мышей (4). Онкогенез в этой системе может быть инициирован однократной обработкой мутагенным канцерогеном. Однако опухоли не развиваются, если мышей впоследствии не обрабатывают промотором опухоли (обычно форболовым эфиром) для стимуляции пролиферации мутировавших клеток.

Рисунок 15.7

Индукция опухолей в коже мыши. Опухоли инициируются мутациями, вызванными канцерогеном. Затем развитие опухоли требует лечения промотором опухоли для стимуляции пролиферации мутировавших клеток.

Гормоны, особенно эстрогены, играют важную роль в качестве стимуляторов развития некоторых видов рака у человека. Пролиферация клеток эндометрия матки, например, стимулируется эстрогеном, а воздействие избытка эстрогена значительно увеличивает вероятность того, что у женщины разовьется рак эндометрия. Таким образом, риск рака эндометрия существенно увеличивается при длительной постменопаузальной заместительной терапии эстрогенами с использованием только высоких доз эстрогена. К счастью, этот риск минимизируется введением прогестерона для противодействия стимулирующему эффекту эстрогена на пролиферацию клеток эндометрия.Однако длительная терапия комбинациями эстрогена и прогестерона может привести к повышенному риску рака молочной железы.

Помимо химических веществ и радиации, некоторые вирусы вызывают рак как у экспериментальных животных, так и у людей. Распространенные виды рака человека, вызываемые вирусами, включают рак печени и рак шейки матки, на которые вместе приходится от 10 до 20% заболеваемости раком во всем мире. Эти вирусы важны не только как причины рака человека; как будет показано далее в этой главе, исследования опухолевых вирусов сыграли ключевую роль в выяснении молекулярных событий, ответственных за развитие рака, вызванного как вирусными, так и невирусными канцерогенами.

Свойства раковых клеток

Неконтролируемый рост раковых клеток является результатом накопленных аномалий, влияющих на многие механизмы клеточной регуляции, которые обсуждались в предыдущих главах. Эта взаимосвязь отражена в нескольких аспектах поведения клеток, которые отличают раковые клетки от их нормальных аналогов. Раковые клетки обычно демонстрируют аномалии в механизмах, которые регулируют нормальную пролиферацию, дифференцировку и выживание клеток. В совокупности эти характерные свойства раковых клеток дают описание злокачественности на клеточном уровне.

Неконтролируемая пролиферация раковых клеток in vivo имитируется их поведением в клеточной культуре. Основное различие между раковыми клетками и нормальными клетками в культуре заключается в том, что нормальные клетки проявляют зависящее от плотности ингибирование клеточной пролиферации (). Нормальные клетки пролиферируют до тех пор, пока не достигнут конечной клеточной плотности, что частично определяется доступностью факторов роста, добавляемых в культуральную среду (обычно в виде сыворотки). Затем они перестают пролиферировать и переходят в состояние покоя, задерживаясь на стадии G ₀ клеточного цикла (see).Однако пролиферация большинства раковых клеток не зависит от ингибирования, зависящего от плотности. Вместо ответа на сигналы, которые заставляют нормальные клетки прекращать пролиферацию и вступать в G ₀ , опухолевые клетки обычно продолжают расти до высокой плотности клеток в культуре, имитируя их неконтролируемую пролиферацию in vivo .

Рисунок 15.8

Ингибирование, зависящее от плотности. Нормальные клетки размножаются в культуре до тех пор, пока не достигнут конечной плотности клеток, после чего они переходят в состояние покоя.Однако опухолевые клетки продолжают размножаться независимо от плотности клеток.

Родственное различие между нормальными клетками и раковыми клетками заключается в том, что многие раковые клетки имеют пониженную потребность во внеклеточных факторах роста. Как обсуждалось в главе 13, пролиферация большинства клеток контролируется, по крайней мере частично, полипептидными факторами роста. Для некоторых типов клеток, особенно фибробластов, доступность сывороточных факторов роста является основной детерминантой их пролиферативной способности в культуре.Потребность этих клеток в факторах роста тесно связана с явлением зависимого от плотности ингибирования, поскольку плотность, при которой нормальные фибробласты переходят в состояние покоя, пропорциональна концентрации сывороточных факторов роста в культуральной среде.

Потребность многих опухолевых клеток в факторе роста снижена по сравнению с их нормальными аналогами, что способствует нерегулируемой пролиферации опухолевых клеток in vitro и in vivo . В некоторых случаях раковые клетки продуцируют факторы роста, которые стимулируют их собственную пролиферацию (4).Такое аномальное производство фактора роста реагирующей клеткой приводит к непрерывной аутостимуляции клеточного деления ( стимуляция аутокринного роста ), и поэтому раковые клетки в меньшей степени зависят от факторов роста из других, физиологически нормальных источников. В других случаях снижение зависимости раковых клеток от фактора роста является результатом аномалий внутриклеточных сигнальных систем, таких как нерегулируемая активность рецепторов фактора роста или других белков (например, Ras-белков или протеинкиназ), которые обсуждались в главе 13 как элементы сигнальных систем. пути трансдукции, ведущие к пролиферации клеток.

Рисунок 15.9

Стимуляция аутокринного роста. Клетка вырабатывает фактор роста, на который она также реагирует, что приводит к постоянной стимуляции клеточной пролиферации.

Раковые клетки также менее строго регулируются, чем нормальные клетки, посредством межклеточных взаимодействий и межклеточных взаимодействий. Большинство раковых клеток менее адгезивны, чем нормальные клетки, часто в результате сниженной экспрессии молекул адгезии на клеточной поверхности. Например, потеря Е-кадгерина, основной молекулы адгезии эпителиальных клеток, играет важную роль в развитии карциномы (эпителиального рака).В результате сниженной экспрессии молекул клеточной адгезии раковые клетки сравнительно не сдерживаются взаимодействиями с другими клетками и тканевыми компонентами, что способствует способности злокачественных клеток к инвазии и метастазированию. Снижение адгезивности раковых клеток также приводит к морфологическим изменениям и изменениям цитоскелета: многие опухолевые клетки имеют более округлую форму, чем нормальные, отчасти потому, что они менее прочно прикреплены либо к внеклеточному матриксу, либо к соседним клеткам.

Поразительное различие межклеточных взаимодействий, проявляемых нормальными и раковыми клетками, иллюстрируется феноменом контактного торможения ().Нормальные фибробласты мигрируют по поверхности чашки для культивирования, пока не вступят в контакт с соседней клеткой. После этого дальнейшая миграция клеток подавляется, и нормальные клетки прилипают друг к другу, образуя упорядоченный ряд клеток на поверхности чашки для культивирования. Опухолевые клетки, напротив, продолжают двигаться после контакта со своими соседями, мигрируя по соседним клеткам и разрастаясь беспорядочно, многослойно. Не только движение, но и пролиферация многих нормальных клеток подавляется межклеточным контактом, а раковые клетки обычно нечувствительны к такому контактному торможению роста.

Рисунок 15.10

Контактное торможение. Световые микрофотографии (слева) и сканирующие электронные микрофотографии (справа) нормальных фибробластов и опухолевых клеток. Миграция нормальных фибробластов подавляется клеточным контактом, поэтому они образуют упорядоченный ряд бок о бок на поверхности (подробнее. ..)

Два дополнительных свойства раковых клеток влияют на их взаимодействие с другими тканевыми компонентами, тем самым играя играют важную роль в инвазии и метастазировании. Во-первых, злокачественные клетки обычно секретируют протеазы, которые расщепляют компоненты внеклеточного матрикса, позволяя раковым клеткам проникать в соседние нормальные ткани.Секреция коллагеназы, например, по-видимому, является важной детерминантой способности карциномы переваривать и проникать через базальные пластинки, проникая в подлежащую соединительную ткань (см. ). Во-вторых, раковые клетки выделяют факторы роста, способствующие образованию новых кровеносных сосудов (ангиогенез). Ангиогенез необходим для поддержки роста опухоли размером более миллиона клеток, после чего требуются новые кровеносные сосуды для снабжения кислородом и питательными веществами пролиферирующих опухолевых клеток.Такие кровеносные сосуды образуются в ответ на факторы роста, выделяемые опухолевыми клетками, которые стимулируют пролиферацию эндотелиальных клеток в стенках капилляров окружающих тканей, что приводит к прорастанию новых капилляров в опухоль. Образование таких новых кровеносных сосудов важно не только для поддержки роста опухоли, но и для метастазирования. Активно растущие новые капилляры, образующиеся в ответ на ангиогенную стимуляцию, легко проникают опухолевым клеткам, предоставляя раковым клеткам возможность проникнуть в кровеносную систему и начать метастатический процесс.

Другой общей характеристикой большинства раковых клеток является то, что они не в состоянии нормально дифференцироваться. Такая дефектная дифференцировка тесно связана с аномальной пролиферацией, поскольку, как обсуждалось в главе 14, наиболее полностью дифференцированные клетки либо прекращают клеточное деление, либо делятся крайне редко. Вместо того, чтобы выполнять свою обычную программу дифференцировки, раковые клетки обычно блокируются на ранней стадии дифференцировки, что соответствует их продолжающейся активной пролиферации.

Лейкемии представляют собой особенно хороший пример взаимосвязи между дефектной дифференцировкой и злокачественностью. Все различные типы клеток крови происходят из общей стволовой клетки костного мозга (см. Ресурсы). Затем потомки этих клеток становятся приверженцами специфических путей дифференцировки. Некоторые клетки, например, дифференцируются с образованием эритроцитов, тогда как другие дифференцируются с образованием лимфоцитов, гранулоцитов или макрофагов. Клетки каждого из этих типов претерпевают несколько раундов деления по мере дифференциации, но как только они становятся полностью дифференцированными, клеточное деление прекращается. Лейкемические клетки, напротив, не подвергаются терминальной дифференцировке (4).Вместо этого они задерживаются на ранних стадиях созревания, на которых они сохраняют способность к пролиферации и продолжают размножаться.

Рисунок 15.11

Дефектная дифференцировка и лейкемия. Различные типы клеток крови развиваются из мультипотентных (плюрипотентных) стволовых клеток в костном мозге. Предшественники дифференцированных клеток претерпевают несколько циклов клеточного деления по мере своего созревания, но клеточное деление (подробнее. ..)

Как обсуждалось в главе 13, запрограммированная гибель клеток, или апоптоз, является неотъемлемой частью программы дифференцировки многих клеток. типов, в том числе клеток крови.Многие раковые клетки не подвергаются апоптозу и, следовательно, имеют увеличенную продолжительность жизни по сравнению со своими нормальными аналогами. Эта неспособность раковых клеток подвергаться запрограммированной клеточной гибели вносит существенный вклад в развитие опухоли. Например, выживание многих нормальных клеток зависит от сигналов факторов роста или внеклеточного матрикса, которые предотвращают апоптоз. Напротив, опухолевые клетки часто способны выживать в отсутствие факторов роста, необходимых их нормальным аналогам.Такая неспособность опухолевых клеток подвергаться апоптозу, когда они лишены нормальных сигналов окружающей среды, может иметь важное значение не только для развития первичной опухоли, но также для выживания и роста метастатических клеток в аномальных участках ткани. Нормальные клетки также подвергаются апоптозу после повреждения ДНК, в то время как многие раковые клетки этого не делают. В этом случае непрохождение апоптоза способствует устойчивости раковых клеток к облучению и многим химиотерапевтическим препаратам, которые действуют путем повреждения ДНК. Аномальная выживаемость клеток, а также пролиферация клеток, таким образом, играют важную роль в неуклонном росте раковых клеток у животных.

Трансформация клеток в культуре

Изучение индуцирования опухолей радиацией, химическими веществами или вирусами требует экспериментальных систем, в которых можно воспроизводимо наблюдать и количественно оценивать эффекты канцерогенных агентов. Хотя активность канцерогенов можно определить на интактных животных, такие эксперименты трудно поддаются количественной оценке и контролю. Таким образом, разработка анализов in vitro для обнаружения превращения нормальных клеток в опухолевые клетки в культуре, процесс, называемый клеточной трансформацией , представляет собой значительный прогресс в исследованиях рака.Такие анализы предназначены для обнаружения трансформированных клеток, которые проявляют свойства роста опухолевых клеток in vitro после воздействия канцерогенного агента на культуру нормальных клеток. Их применение позволило экспериментальному анализу клеточной трансформации достичь уровня сложности, которого нельзя было бы достичь при исследованиях только на целых животных.

Первым и наиболее широко используемым анализом клеточной трансформации является фокусный анализ, разработанный Говардом Теминым и Гарри Рубином в 1958 году.Анализ фокуса основан на способности распознавать группу трансформированных клеток как морфологически отчетливый «очаг» на фоне нормальных клеток на поверхности чашки для культивирования (). Анализ фокуса использует три свойства трансформированных клеток: измененную морфологию, потерю контактного ингибирования и потерю ингибирования роста, зависящего от плотности. В результате образуется колония морфологически измененных трансформированных клеток, зарастающих фоном нормальных клеток в культуре.Такие очаги трансформированных клеток обычно можно обнаружить и количественно оценить в течение недели или двух после воздействия канцерогенного агента. В общем, клетки, трансформированные in vitro в , способны образовывать опухоли после инокуляции восприимчивым животным, подтверждая трансформацию in vitro в качестве достоверного индикатора образования раковых клеток.

Рисунок 15.12

Анализ фокуса. Очаг фибробластов куриного эмбриона, индуцированный вирусом саркомы Рауса. (Из Х. М. Темина и Х.Рубин, 1958. Вирусология 6: 669.)

Раковые клетки против нормальных клеток

Тело состоит примерно из 37,2 триллиона человеческих клеток – так что вы можете по-настоящему оценить, сколько их, вот число, выписанное полностью, 37 200 000 000 000 – это очень много клеток.

Эти «нормальные» клетки действуют как основные строительные блоки организма и обладают особыми характеристиками, которые позволяют им поддерживать правильное функционирование тканей, органов и систем органов. Нормальные клетки:

• контролируют свой рост с помощью внешних сигналов, то есть они растут и делятся только при необходимости,
• подвергаются запрограммированной клеточной гибели (апоптозу) как часть нормального развития, для поддержания тканевого гомеостаза и в ответ на неизлечимые повреждения,
• «слипаются», поддерживая избирательные спайки, которые они постепенно регулируют, что гарантирует, что они остаются в своем предполагаемом местоположении,
• дифференцируются в специализированные клетки с определенными функциями, что означает, что они могут принимать разные физические характеристики, несмотря на то, что имеют один и тот же геном.

Рак — это сложное генетическое заболевание, вызываемое специфическими изменениями генов в одной клетке или группе клеток. Эти изменения нарушают нормальную функцию клеток, особенно влияя на рост и деление клетки. В отличие от нормальных клеток, раковые клетки не перестают расти и делиться, этот неконтролируемый рост клеток приводит к образованию опухоли. Раковые клетки имеют больше генетических изменений по сравнению с нормальными клетками, однако не все изменения вызывают рак, они могут быть его результатом.Генетические изменения, которые способствуют возникновению рака, обычно затрагивают три конкретных типа генов; протоонкогены, гены-супрессоры опухолей и гены репарации ДНК.

Признаки рака

«Признаки рака» — это термин, используемый для описания специфических характеристик, которые отличают раковые клетки от нормальных клеток.

Рисунок 1. 10 признаков рака согласно определению Дугласа Ханахана и Роберта А. Вайнберга, 2011 г. и размеры — по мере того, как они дифференцируются и перенимают специализированные функции, соответственно изменяется и их форма – например, эритроцит выглядит совсем иначе, чем нервная клетка. Различные типы клеток не похожи друг на друга, но, если вы проанализируете клетки одного и того же типа клеток , они будут выглядеть очень похожими, сохраняя единую форму.

В течение многих лет исследователи изучали микроскопы в поисках отличительных особенностей, которые могли бы помочь им определить разницу между раковой клеткой и нормальной клеткой. Раковые клетки деформированы и выглядят как хаотичное скопление клеток самых разных форм и размеров. Исследователи изучали взаимосвязь между формой раковых клеток и мировоззрением пациентов, а также выясняли, может ли форма клеток также помочь различать разные типы рака.

Ядро: В нормальных клетках ядро ​​имеет гладкий вид и сохраняет однородную сфероидальную форму. Несколько структурных компонентов участвуют в регуляции ядерной морфологии. Одним из таких структурных компонентов является ядерная пластинка. Ядра раковых клеток часто деформированы, и в ядерных мембранах клеток часто можно наблюдать выпуклости, известные как «пузырьки». Исследования показывают, что это «выпячивание» вызвано дисбалансом белков, составляющих ядерную пластинку, что приводит к разделению волокон пластинки.

Хроматин: Мелкий, равномерно распределенный хроматин, обнаруженный в нормальных клетках, трансформируется в грубый хроматин в раковых клетках — агрегируя в неправильные скопления, которые различаются как по размеру, так и по форме.

Ядрышко: Агрессивность опухоли и клинический исход можно измерить, наблюдая за морфологией ядрышка/ядрышка раковой клетки. Ядрышко в раковых клетках становится все более увеличенным и более неправильным — клетки могут иметь несколько ядрышек внутри ядра.

Кровоснабжение : Ангиогенез определяется как развитие новых кровеносных сосудов, которые формируются из уже существующей сосудистой сети. Ангиогенез является жизненно важным процессом в нормальных клетках, происходящим во время развития, роста и заживления ран. Однако он также участвует в росте рака благодаря способности опухоли выделять химические сигналы, стимулирующие ангиогенез.
Опухоли могут прямо или косвенно влиять на кровоснабжение, которое они получают, либо сами высвобождая проангиогенные сигналы (слева), либо используя соседние «нормальные» клетки, стимулируя их к высвобождению проангиогенных сигнальных молекул (справа).

Ниже мы обрисовываем некоторые ключевые различия между раковыми клетками и нормальными клетками.

14, вызванный опухолью ангиогенез

	Обычный сотовый	Cancer Cell
Сотовый форма	Равномерное	Нерегулярное
Ядро	Форма сфероида, одно ядро ​​	нерегулярная форма, Multi-nugleation Common
Chromatin	тонкий, равномерно распределенный	грубые, агрегированные
NucleoLus	, незаметное ядро ​​	множественные, увеличенные Nugleoli
CytoPlasm	большой цитоплазматический объем	Маленький цитоплазматический том 4
рост	контролируется
Соглашение	Создание в специализированные клетки 4	остаются незрелые и недифференцированные 4
кровоснабжение	Нормальный ангиогенез (происходит во время развития / заживления)
Кислород	Любил (для аэробного дыхания) Но будет подвергаться анаэробному дыханию, если требуется	не требуется (процветает в гипоксических условиях), благосклонность анаэробного дыхания
Местоположение	Оставайтесь в их предполагаемом локализация	Может распространяться в разные места тела (метастазирование)

Чем раковые клетки ведут себя иначе, чем нормальные?

Поскольку раковые клетки обладают уникальными характеристиками по сравнению с нормальными клетками, исследователи могут воспользоваться этими различиями при поиске способов борьбы с раком.

Структура нормальных и раковых клеток: Детали изображения — NCI Visuals Online. (2018). Получено с https://visualsonline.cancer.gov/details.cfm?imageid=2512

Нандини, Д.Б. (2017) Ядро раковых клеток: понимание. Дж Мол Биомарк Диагн S2:026. doi:10.4172/2155-9929.S2-026

Папетти М., Герман И. Механизмы нормального и опухолевого ангиогенеза. утра. Дж. Физиол. Клеточная физиол.  2002;282(5),C947-C970. doi: 10.1152/ajpcell.00389.2001Eales K, Hollinshead K, Tennant D.Гипоксия и метаболическая адаптация раковых клеток. Онкогенез.  2016;5(1),e190–e190. doi: 10.1038/oncsis.2015.50

Раковые клетки. (2018). Исследование рака Великобритании. Получено с https://www.cancerresearchuk.org/about-cancer/what-is-cancer/how-cancer-starts/cancer-cells

. .