В нормальных клетках паттерны электрического напряжения обеспечивают план упорядоченного роста. Но с раком происходит обратное. Отмеченные нарушением нормальных электрических паттернов, генерируемых клетками, они теряют свои специализированные функции, начинают разрастаться в опухоль и распространяться в другие ткани и нарушать их функцию — метастазирование. На данный момент нет клинически доступных методов лечения, которые специально нацелены на процесс метастазирования, который остается основной причиной смерти онкологических больных.
Теперь исследователи из Университета Тафтса обнаружили, что манипулирование диаграммами напряжения в опухолевых клетках с использованием блокаторов ионных каналов, уже одобренных FDA для лечения других заболеваний, на самом деле может значительно уменьшить инвазию опухолевых клеток в чашку и метастазирование в животной модели рака молочной железы.
Открытие того, что лекарства, уже одобренные для лечения других состояний, могут замедлять или останавливать метастазирование, может привести к ускоренному одобрению лечения рака.
«Это очень неизведанная, но очень оппортунистическая стратегия лечения рака», — сказала Мадлен Удин, доцент кафедры биомедицинской инженерии семьи Тиампо в Инженерной школе Университета Тафтса и соответствующий автор исследования. «Ионные каналы, которые регулируют биоэлектрические свойства клеток , являются второй наиболее распространенной мишенью для существующих фармацевтических препаратов, поэтому у нас есть относительно большой набор готовых к применению лекарств, которые можно было бы перепрофилировать для лечения рака».
Чтобы проверить свою терапевтическую стратегию , исследовательская группа Tufts сосредоточилась на тройном негативном раке молочной железы (TNBC), подтипе заболевания, на долю которого приходится примерно 15 процентов всех случаев рака молочной железы. Вероятность метастазирования ТНРМЖ выше, чем у всех других подтипов рака молочной железы, и поскольку ТНРМЖ связан с неблагоприятным пятилетним прогнозом, ученые сосредоточивают усилия на противодействии ему.
Исследователи смогли показать, что манипулирование свойствами напряжения клеток рака молочной железы может оказать значительное влияние на их прогрессирование до метастазирования, уменьшая количество метастатических участков в легких мышей примерно на 50 процентов.
Клетки в организме создают естественное напряжение на своих мембранах, вызванное ионными каналами, которые активно выталкивают или пассивно пропускают положительные и отрицательные ионы в клетку и из нее. Майк Левин, профессор кафедры биологии Ванневара Буша, соавтор этого исследования, много лет работал над анализом роли электрических свойств в клеточном поведении модельных организмов. Когда Оудин присоединился к Tufts, они получили финансирование в рамках программы Tufts Collaborates, которая помогает поддерживать сотрудничество между преподавателями разных школ для решения новых интересных областей исследований.
Хотя существует множество каналов, которые управляют движением положительно заряженных ионов натрия, кальция и калия , а также отрицательно заряженных ионов хлора, каналы ионов калия, как правило, преобладают в создании напряжения на клеточной мембране. Когда исследователи из Тафтса генетически сверхэкспрессировали каналы ионов калия в опухолевых клетках, внутренняя часть клеток стала более отрицательно заряженной, а дисбаланс в напряжении привел к увеличению роста опухоли и метастазированию как в клетках, высеянных на пластинах, так и в моделях на животных.
Терапевтическая стратегия исследователей использовала противоположный подход: блокирование калиевых ионных каналов привело к восстановлению более нормального напряжения для клеток, уменьшило инвазию опухолевых клеток и значительно уменьшило метастазирование.
Были проверены четыре блокатора ионных каналов калия, одобренные FDA, и все они имели одинаковую эффективность в уничтожении опухолевых клеток. Одно лекарство, амиодарон, оказало наибольшее влияние на нормализацию клеточного напряжения и было выбрано, чтобы увидеть, насколько хорошо оно будет работать при лечении рака молочной железы у мышей. Исследователи обнаружили, что препарат, одобренный для лечения нарушений сердечного ритма, снижает способность опухолей распространяться по мере того, как клетки отрываются и перемещаются в другие части тела.
