Анна Нуштаева: чтобы не пропустить опухоль, нужно обращать внимание на своё здоровье
Дирекция ГП Наука продолжает цикл интервью с победителями конкурсов государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус». Поговорили с руководителем молодежной группы научного центра генетики и наук о жизни университета «Сириус» Анной Нуштаевой. Ее порект посвящен исследованию микроокружения опухолей и его влиянию на само онкологическое образование. В материале — о том, как и почему опухоли развиваются, как работают исследователи в области онкологии и как не пропустить у себя серьезное заболевание.
Расскажите о своем научном пути. Почему Вы выбрали именно работу с микроокружением опухолей?
Изначально, когда я заканчивала университет, меня привлекали когнитивные исследования — во многом благодаря прочитанной книге о исследованиях процессов в мозге. Мое первое научное исследование было связано с изучением когнитивных особенностей, таких как креативность и память в контексте депрессии и алкоголизма, а также связанных с изменениями в генетическом коде человека. Но поскольку это были фундаментальные исследования, а в 2012 году они практически не финансировались, я решила сменить область.
Вторым направлением, которое меня заинтересовало, стали онкологические заболевания. Думаю, каждый человек так или иначе сталкивается с этой темой — напрямую или косвенно. Так я оказалась в лаборатории Владимира Александровича Рихтера в ИХБФМ СО РАН, в Новосибирске, где начался мой дальнейший путь в исследовании процессов развития онкологии. С 2012 года там я прошла путь от младшего научного сотрудника до научного сотрудника, формировала собственные научные идеи и выигрывала гранты на их реализацию.
Сириус стал для меня следующим этапом — возможностью применить базовые навыки, полученные в аспирантуре, и углубиться в те направления, которые действительно вызывают у меня интерес и отклик.
А Ваша диссертация была также связана с онкологией?
Я занималась раком молочной железы. Моя работа была посвящена созданию клеточных моделей, полученных из опухолей пациентов. Я проверяла гипотезу: могут ли клеточные культуры быть полезны для подбора терапии и для фундаментальных исследований в онкологии рака молочной железы. Кроме того, я ещё занималась раком эндометрия. Моим научным наставником, который сопровождал и помогал мне в создании клеточных моделей, полученных из опухолей пациентов, была Коваль Ольга Александровна, ведущий научный сотрудник в лаборатории биотехнологии В.А. Рихтера
Я начала работу над диссертацией с нуля. Этот путь был непростым. Но мне повезло: я оказалась в очень сильной лаборатории у Владимира Александровича. Он всегда поддерживает и молодых, и ведущих сотрудников, всегда найдёт возможность профинансировать интересную идею, помочь, обсудить. Это тот человек, к которому можно было в любой момент подойти и сказать: «Я хочу с вами поговорить», — как к научному наставнику, почти как к родителю в науке. Мы часто обсуждали разные вопросы, и от него я всегда получала колоссальную поддержку. Даже сейчас, когда я уже уехала в Сириус, я всё равно его поддержку чувствую.
Когда Вы решили взять курс на изучение микроокружения опухоли?
Во время работы над диссертацией я начала задумываться о том, что микроокружение опухоли играет огромную роль. Моя диссертация в основном сосредоточена на опухолевых клетках, но ведь рядом с опухолью находятся и другие клетки. Это целый микс различных типов, и, возможно, именно они во многом определяют поведение опухоли. Примерно с 2015 года эта идея стала активно развиваться — исследователи начали более детально изучать микроокружение опухоли. Для ключевого компонента стромы опухоли появился даже специальный термин — опухоль-ассоциированные фибробласты. Сейчас это уже не просто термин, а целая теория, которая постоянно расширяется, появляются разные классификации этих клеток.
В первый год работы над своим проектом мы попробовали получить панель фибробластов из опухолевых образцов пациентов и провести их типирование по различным субтипам, которые встречаются в опухоли. Нам это действительно удалось, и я надеюсь, что скоро у нас выйдет статья на эту тему.
Хочется продолжить эту работу, потому что, если понять, какие именно клетки присутствуют в микроокружении опухоли, возможно, удастся подобрать более эффективную терапию. Например, если в опухоли преобладает определённый тип стромальных клеток, отвечающих за развитие лекарственной устойчивости, или, наоборот, клетки, которые активно секретируют белки внеклеточного матрикса, — всё это может существенно повлиять на выбор лечения.
Как микроокружение опухоли влияет на нее?
Опухоль становится плотной, как резина. Это особенно заметно, когда мы работаем с образцами пациентов: одни ткани мягкие и легко поддаются обработке, а другие — жесткие, словно «свиная шкурка». Такие плотные образцы требуют гораздо больше времени и усилий, чтобы выделить из них клетки для культивирования. Получается, что даже при одном диагнозе — например, раке молочной железы — опухоли у разных пациентов могут сильно отличаться. И дело не только в самих раковых клетках, но и в их микроокружении: строме, фибробластах, внеклеточном матриксе. Именно эти особенности могут влиять на агрессивность болезни, ответ на терапию и, в конечном счете, на прогноз для пациента.
До «Сириуса» Вы работали в крупном международном медицинском центре Cedars-Sinai (США). Расскажите о своем опыте международного сотрудничества.
Это отдельная интересная история. В какой-то момент я поняла, что мне не хватает навыков в иммунологии. В моих исследованиях эта область присутствует, но практического опыта не было. Тогда я задумалась о том, что было бы здорово пойти работать к Сергею Артуровичу Недоспасову или попробовать уехать за границу. Так сложилось, что я попала в центр к ученику Сергея Артуровича, занимающимся исследованиями иммунного микроокружения опухоли. В его лаборатории я освоила ряд методов для проведения исследований микроокружения опухоли. Например, в своей научной практике раньше я не использовала высокопараметрическую многоцветную проточную цитофлюориметрию. Это метод анализа, когда в реальном времени, при правильной подготовке образцов, можно исследовать множество различных маркеров на клетках и определить, какие субпопуляции присутствуют. До этого, по моему опыту, максимум удавалось работать с пятью цветами — это был предел. А в Америке мне пришлось осваивать работу уже с 20-30 цветами, учиться правильно их разделять и настраивать компенсацию, чтобы получать не ложные, а действительно новые результаты. Этот опыт оказался для меня очень ценным. Когда я вернулась, мы с моей коллегой Натальей Васильевой пересмотрели многие процессы, и осознали, как можно внедрить современные подходы в наших условиях и что можно улучшить.
Расскажите о Ваших текущих исследованиях.
Главная цель — создать физиологически релевантную клеточную модель для рака молочной железы и для глиобластомы, а также попробовать на ней методику тестирования различных лекарственных агентов. Для лечения рака молочной железы мы выбрали классическую химиотерапию, которая применяется в клинике и назначается пациентам. Одним из перспективных подходов является иммунотерапия. Иммунотерапия, направленная на активацию иммунной системы для борьбы с опухолью, демонстрирует многообещающие результаты в лечении онкологических заболеваний, например с использованием НК-клеток — это компоненты иммунной системы, натуральные киллеры. Для опухолей головного мозга мы используем виротерапию на основе онколитического вируса, разработанного в ИХБФМ СО РАН совместно с научно-исследовательским центром «Вектор» в Новосибирске.
Вы сказали, что стромальные клетки защищают опухоль от воздействия лекарств. А почему так происходит?
В одном из последних разговоров с Натальей (прим. ред. – Васильевой) мы пришли к выводу, что опухоль — это, на самом деле, эволюционно более «умный» объект. Получается, что она привлекает ресурсы организма для собственной защиты. Микроокружение, которое формируется вокруг опухоли, умеет мимикрировать и противостоять от иммунной системы. В этом процессе как раз и участвуют стромальные клетки.
Какие основные причины формирования опухоли?
Всё дело в глобальном накоплении ошибок, которые в итоге приводят к подобным последствиям. На каком-то этапе возникает ошибка, которая становится фатальной и происходит неконтролируемая пролиферация и сбой апоптоза. Нарушения в путях индукции апоптоза приводят к сбоям, которые могут вызвать ещё более серьёзные последствия, приводя к бесконтрольному делению.
Кроме того, иногда это даже не совсем ошибка, а момент, когда нарушается динамическое равновесие в системе, и иммунная система не успевает среагировать. Происходит нарушение равновесия между иммунными молекулами, которые иммунная система просто пропускает. Если говорить о строме, как я уже упоминала, там есть несколько разных типов фибробластов, два из этих типов считаются нормальными фибробластами. Они активируются стандартным образом - в ответ на сигналы микроокружения, такие как повышение уровня определённых цитокинов, что приводит их к активации. Это их природа — они должны реагировать на такие сигналы, и проявляется это именно активацией. Недаром опухоль часто называют незаживающей раной.
Многие процессы, происходящие в опухоли, на самом деле аналогичны тем, что происходят в норме. Например, активация фибробластов при заживлении ран — тот же самый механизм работает и в опухоли, но при раке эти механизмы не завершаются, а продолжают работать в патологическом режиме.
Расскажите, как Вы строите работу – от выращивания клеток до моделирования опухоли.
На самом деле, всё это — часть процесса моделирования. Даже выращивание клеток — это уже моделирование. Сначала мы убеждаемся, что клетки, с которыми работаем, здоровы. Существуют специальные клеточные модели, и их можно разделить на две категории: первичные и иммортализованные культуры клеток. Первичные — это те, которые мы получаем непосредственно из образца ткани. У человека берут кровь или кусочек ткани выделяют из него клетки и затем размножают их в лабораторных условиях. Соответственно, мы можем взять из хирургического образца ткани груди фрагмент опухоли и кусочек нормальной ткани. Это нужно для внутреннего контроля: чтобы сравнить, что происходит с нормальными клетками и что — с опухолевыми.
Исторически сложилось так, что многие учёные работали с клетками, полученными от пациентов. Для клеточных культур характерна иммортализация — способность к бесконечному делению в культуре. Иммортализация может происходить спонтанно, что очень похоже на опухолевую трансформацию, хотя это довольно условное сравнение. Её также можно индуцировать химически, с помощью различных вирусов и других методов. Таким образом, на протяжении долгого времени учёные формировали биобанки клеточных линий, которые были иммортализованы и могли делиться практически бесконечно в лабораторных условиях. В своих исследованиях мы также работаем с иммортализованными клеточными линиями. Причём с этими культурами работают и другие лаборатории по всему миру. Существуют банки, где их можно приобрести или куда можно депонировать собственные линии. Если мы получили какую-то новую, уникальную культуру, и понимаем, что она может быть интересна другим исследователям, мы можем передать её в такой банк.
В России крупнейшими биобанками являются НМИЦ онкологии имени Н. Н. Блохина и Институт цитологии в Санкт-Петербурге. У них можно приобрести некоторые клеточные культуры, которые хранятся в основном банке. Таким образом, мы формируем свои коллекции в лабораториях в зависимости от задач, которые перед нами стоят.
Дальше мы проводим масштабный мета-анализ для трехмерного моделирования опухоли в пробирке: смотрим, какое соотношение разных типов клеток присутствует в опухоли. Затем, учитывая, что разные клетки растут с разной скоростью, подбираем условия. Например, мы знаем, что стромальные клетки растут медленнее, чем опухолевые. Но при этом именно стромальные клетки в нашей модели формируют внутреннее ядро. Как только это ядро появляется, там возникает гипоксия, недостаток питательных веществ, и часть клеток может погибнуть. Поэтому мы подбираем такие условия и соотношения клеток, чтобы стромальные клетки сохранялись и не погибали полностью. После этого экспериментируем с разными пропорциями опухолевых, иммунных и стромальных клеток, чтобы смоделировать ту картину, которую видят патофизиологи и патоморфологи у пациента.
Как Вы проверяете клеточную модель?
На самом деле, чтобы модель была физиологически релевантной, нам нужно восстановить её окружение. Поэтому мы подбираем такие условия, при которых соотношение определенных клеток смогут имитировать особенности микроокружения опухоли. Мы считаем количество стромальных клеток, то есть прикидываем, сколько их будет на следующий день. Посадили клетки, посмотрели, посчитали.
Если совпало — значит, мы где-то близко к нужному результату, либо нужно немного увеличить количество клеток. Если не совпало — значит, что-то нужно изменить. Чтобы понять, как клетки локализуются в нашей модели, мы модифицируем их, используя флуоресцентные белки.
Флуоресцентный белок испускает свет на определённых длинах волн. Мы метим разные типы клеток в опухоли, затем смешиваем их и смотрим, что получилось. Если сигнал слабый, значит, клеток не хватает, и нужно что-то скорректировать. На каждом этапе мы сравниваем результаты — у нас всегда огромное количество контролей.
В итоге должна получиться одна модель, состоящая из четырёх типов клеток. Дальше начинается подборка контролей: где-то только клетки одного типа, где-то два типа, микс из двух, трёх типов клеток, разные сочетания, разное количество.
Работа с нашими клеточными моделями — это кропотливый труд в лаборатории. Поскольку это очень маленький объект — сфероид, как песчинка, — мы пытаемся рассматривать его под микроскопом, быстро оценивать взглядом, чтобы понять, получилось или нет. Это требует огромного внимания и опыта. Студенты, занятые подготовкой экспериментов или анализом, обычно приходят в корпус около полудня, а заканчивают только поздним вечером.
Дальше проводятся различные функциональные тесты. Мы знаем, что определённые типы опухолей могут быть более инвазивными. С помощью специальных тестов мы моделируем ситуацию и смотрим, происходит ли у нас инвазия или нет. Затем проверяем, могут ли клетки мигрировать — мигрируют они или нет. После этого начинаем добавлять другие компоненты микроокружения, например, различные цитокины. Вводится тот цитокин, который наиболее важен для нашей модели, и наблюдаем, как он влияет на весь процесс.
Мы используем комплексный подход в своих исследованиях микроокружения опухоли, учитываем также неклеточные компоненты микроокружения опухоли — в частности, белки внеклеточного матрикса. Потом анализируем, как меняется состав белков внеклеточного матрикса при добавлении различных компонентов стромы.
Мы смотрим, как эти белки изменяются, есть ли определённый баланс, и можно ли использовать эти данные с точки зрения терапии. Например, если в образце преобладает определённый тип клеток, появляются соответствующие белки внеклеточного матрикса — насколько это важно для дальнейших исследований?
Когда мы убедились, что контрольные образцы работают корректно, переходим к следующему этапу: проверяем, проникают ли в наши модели химиопрепараты или иммунные клетки. Ведь может образоваться капсула, либо клетки настолько плотно связаны между собой, что никакие вещества туда не проходят. В таком случае возникает вопрос — зачем вообще использовать такую модель?
Расскажите о Вашей разработке противоопухолевого препарата.
У нас есть препарат, который мы хотим проверить и, возможно, улучшить его взаимодействие с опухолевыми клетками. Хотя сейчас он не слишком результативен, важно понять, можно ли повысить его эффективность. С другой стороны, нам интересно разобраться в фундаментальных механизмах, которые пока остаются неясными. Возможно, существует какое-то взаимодействие, которое впоследствии станет потенциальной терапевтической мишенью. Например, если мы обнаружим интересное взаимодействие между клеткой Х и клеткой У, то сможем направить на него таргетную молекулу, и это окажется эффективным для терапии, ориентированной на микроокружение, или для определённого типа взаимодействия.
Таким образом, работа многогранная: с одной стороны, она фундаментальная, с другой — у нее есть и практическая сторона. Мы также рассматриваем возможность воспроизвести подобную модель для других исследований, которые сосредоточены на поиске новых противоопухолевых препаратов. Если нам удастся создать модель, максимально приближенную к тому, что происходит у человека, возможно, мы сможем помочь людям, предоставив платформу для тестирования широкой панели противоопухолевых агентов.
Что можно делать для профилактики онкологических заболеваний?
В первую очередь — обращать внимание на своё здоровье, регулярно консультироваться с врачами, проходить диспансеризацию и ежегодные обследования. Сейчас существует множество чекапов, и почти в любом городе можно сдать необходимые анализы. Главное — не думать, что можно просто выпить таблетку и всё пройдёт. Нужно помнить, что за безобидными на первый взгляд симптомами может скрываться что-то более серьёзное.
Источник фото: Научно-технологический университет «Сириус»
