Механика опухолей и внеклеточные везикулы: новый взгляд на рак

Аспирант Сын-Хён (Бри) Ко, работающий под совместным руководством Джины Ко и Рави Радхакришнана, проводит аликвотирование (отбор проб) изолированных внеклеточных везикул (ВВ) из тройного негативного рака молочной железы. Автор: Penn Engineering

Аспирант Кшитиз Пархиар, изучая десятки научных работ по двум, казалось бы, разным темам — механике опухолей и внеклеточным везикулам (крошечным пакетам с белками и генетическим материалом, которые выделяются клетками), — обнаружил удивительную связь между этими областями.

Вместе со своим научным руководителем Рави Радхакришнаном, профессором биоинженерии и химической биомолекулярной инженерии, Пархиар стал соавтором обзора литературы, опубликованного в Nature Biomedical Engineering, который подчеркивает эти скрытые взаимосвязи.

Для дуэта этот обзор — не просто подведение итогов состояния науки, а скорее определение будущего механобиологии — изучения того, как физические силы, такие как жесткость и давление, влияют на рост, движение и коммуникацию клеток.

Крошечные везикулы, большие вопросы

Внеклеточные везикулы (ВВ) привлекли внимание за последнее десятилетие своей ролью посредников: они переносят грузы, такие как белки и РНК, между клетками, влияя на рост опухолей, реакцию иммунной системы и даже на распространение рака в другие части тела.

«Вместо того чтобы пытаться сделать биопсию опухоли, что сложно и инвазивно, мы можем взять простой анализ крови и найти эти везикулы», — говорит Радхакришнан. — «Они похожи на отпечатки пальцев раковых клеток, которые их выпустили, и они содержат много данных».

Но прежде чем данные от ВВ смогут быть полноценно полезны в реальных приложениях, предстоит ответить на вопросы: Почему раковые клетки выделяют гораздо больше везикул, чем здоровые? И как эти везикулы изменяют механику окружающих их тканей?

Механика встречается с передачей сигналов

Одно из ключевых открытий обзора заключается в том, что механика и обмен сообщениями идут рука об руку. Опухоли не только химически аномальны, они физически разные: более жесткие, бугристые, под уникальными напряжениями. Эти механические изменения влияют на то, сколько везикул выделяют раковые клетки и даже какой груз они несут.

«Мы видим, что везикулы не просто реагируют на окружающую среду, — говорит Радхакришнан. — Они активно меняют её. Они могут делать ткань более жесткой и подготавливать её к метастазированию».

Это взаимодействие между механикой и биологией везикул открывает новые возможности для терапии. Например, поскольку везикулы естественным образом производятся организмом, их можно использовать в качестве более биологически жизнеспособных средств доставки лекарств, потенциально способных преодолевать барьеры, такие как гемато-энцефалический барьер.

Моделирование ненаблюдаемого

Рави Радхакришнан (слева) и Кшитиз Пархиар (справа) на фоне схемы клетки, секретирующей внеклеточные везикулы и химический груз, который они несут. Автор: Penn Engineering

Одна из проблем заключается в том, что везикулы настолько малы, что их невозможно надежно отследить под микроскопом. Здесь на помощь приходят инженерные инструменты. Пархиар разрабатывает вычислительные модели для моделирования движения и взаимодействия везикул, проверяя эти модели по экспериментальным данным, когда это возможно.

«Эти модели — наш лучший способ "увидеть", как везикулы перемещаются по организму и взаимодействуют с клетками-реципиентами», — объясняет он.

Лаборатория Радхакришнана, сотрудничая с лабораторией Джины Ко в Penn Engineering и Медицинской школы Перельмана, начала изучать, как ВВ и липидные наночастицы могут работать вместе в качестве комбинированной системы доставки лекарств для лечения рака головы и шеи, особенно рака полости рта.

Больше информации: Kshitiz Parihar et al, Mechanical regulation of extracellular vesicle activity during tumour progression, Nature Biomedical Engineering (2025). DOI: 10.1038/s41551-025-01446-0

Источник: University of Pennsylvania