До 90 % смертей при онкологических заболеваниях вызывает не первичная опухоль, а метастазы — дочерние очаги, которые раковые клетки образуют в других органах. Предсказать этот процесс на раннем этапе крайне сложно: стандартные методы диагностики, такие как КТ, МРТ или биопсия, часто фиксируют проблему, когда вторичные образования уже появились. Традиционный гистологический анализ может определить тип и стадию рака, но не способен с уверенностью сказать, насколько клетки агрессивны и готовы к миграции.
В Минобрнауки РФ рассказали, что ученые ПНИПУ разработали математическую модель, которая впервые объединяет факторы деформации раковых клеток, перестройки их цитоскелета и энергозатрат. Для метастазирования клетка должна стать мягкой и «протиснуться» через узкие пространства. Новая модель, опубликованная в «Physical Review E», позволяет рассчитать, сколько энергии клетка теряет при такой деформации.
Проверка модели на данных по раковым клеткам кожи привела к открытию, которое может изменить подход к лечению. Исследователи обнаружили, что у метастатических клеток есть устойчивая особенность: независимо от силы внешнего воздействия, они всегда тратят на перестройку строго определенный и стабильно высокий объем энергии. Как объяснил доцент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ Александр Никитюк, этот «энергетический почерк» работает как точный механизм, который гарантированно расходует максимум ресурсов на размягчение и деформацию. Такая чрезмерная активность становится скрытой меткой агрессивности.
На основе этого открытия ученые ввели новый измеримый параметр — «частота диссипативных процессов». Отвечая на вопросы проекта Наука Mail, Александр Никитюк подробно объяснил суть этого показателя.
Это числовой параметр, характеризующий интенсивность необратимых процессов перестройки цитоскелета клетки при механической деформации. Он рассчитывается на основе энергии, рассеиваемой клеткой при нагрузке, с учетом ее механических свойств и характерного времени релаксации. Это не шкала с фиксированными пределами, а параметр, который определяется для конкретных клеток. В исследовании его значения составили порядка 10⁻⁸ с⁻¹. Показано, что для одной и той же клетки при разных нагрузках параметр меняется слабо, тогда как между различными клетками его значения могут отличаться
Ученый пояснил, что этот показатель можно связать с уже существующими клиническими биомаркерами.
Параметр относится к биофизическим характеристикам клетки и отражает ее механическое состояние и способность к перестройке цитоскелета. Он может рассматриваться как дополнительный физический показатель, который в будущем может быть сопоставлен с клиническими и молекулярными маркерами. В работе не рассматривались конкретные клинические процедуры. Для анализа требуется клеточный материал, для которого можно измерить механический отклик на нагрузку.
Важным вопросом является применимость метода к разным видам рака. Ученый подтвердил, что, хотя проверка проводилась на клетках линии A431 (модель рака кожи), сама модель имеет фундаментальную основу. Ученый подчеркнул, что для окончательной оценки этого риска требуются дополнительные исследования. В работе показано, что предложенный параметр устойчив к изменению механической нагрузки, однако его диагностическая точность должна быть проверена на большом наборе клеточных линий.
Ранее Наука Mail рассказывала, что рак превращает иммунные клетки в союзников опухоли.
