Как корейские ученые склонили клетки к самоубийству при помощи магнитного поля

апоптоз раковой клетки (source: JHSPH)

Не так давно в этом блоге уже описывались экзотические способы управления процессами в клетке, сегодня расскажу про еще один такой способ. Если в предыдущем случае учёные открывали и закрывали каналы и меняли уровень транскрипции гена, то в это раз уже другая группа вызывала апоптоз (разновидность запрограммированной клеточной гибели) в клетках при помощи магнитного поля. Как же им это удалось?

Начнем с биологии. Апоптоз - штука в организме нужная, поэтому что ему время от времени надо по-тихому избавляться от отработавших свое клеток, не привлекая внимания иммуной системы. Для этого существует масса механизмов, один из которых запускается специальными рецепторами DR4 (Death Receptor 4) на поверхности клеток. Обычно молекулы DR4 сидят поодиночке и никаких сигналов к запуску апоптоза не подают, но если во внешней среде появляется молекулы, с которой они могут прочно связываться (лиганды), то сразу несколько из них могут "зацепить" одну и ту же молекулу лиганда и образовать кластер (см. верхнюю часть схемы). А вот кластеры DR4 отдают приказ внутрь клетки на начало программы самоуничтожения.

Схема экспериментов, описанных в работе. Верхняя часть: запуск апоптоза в клеток рака толстого кишечника in vitro; нижняя часть: увеличение доли апоптотических клеток в хвостовом регионе в процессе развития рыбки данио (source: Nature Materials)

Теперь о технической стороне вопроса. Ученые решили перехитрить клетку и решили "сбить" молекулы DR4 в кластеры в отсутсвие  лиганда. Для этого к антителам, который распознают и связываются с рецепторами прикрепили магнитные наночастицы (куда без них?) Zn_0.4Fe_2.6O_{4 .}

В такой системе кластеры молекул DR4 образуются под действием магнитного поля, даже если лиганда нет.

После 4х-часовой обработки комплексами антитело-магнитные наночастицы в магнитном поле от 20-65% раковых клеток самоуничтожились.

Эту систему в действии изначально испытали in vitro на клеточной линии, полученной в результате биопсии рака толстого кишечника. После 4х-часовой обработки комплексами антитело-магнитные наночастицы в магнитном поле от 20-65% раковых клеток самоуничтожились.

На следующем этапе ученые решили убедиться, что система работает не только в пробирке, но и в живых организмах, для этого были использованы подопытные... рыбки данио. Помните, я говорил, что апоптоз полезная вещь? Он играет важную роль в эмбриональном развитии, и в его отсутствие нарушается процесс формирования органов. Но и тут нужна мера, если перестараться, то это тоже приведет к отклонениям в развитии.

...апоптоз в клетках можно не только, когда они сидят на поверхности чашки Петри, но в пределах организма

Для подтверждения принципа действия, в оплодотворенные икринки вкололи  комплексы антитела-магнитные наночастицы и подвергли воздействию магнитного поля различной силы. Ранее было отмечено, что формирование "правильного" изгиба хвоста мальков связано с апоптотическими процессами в этом регионе. У головастков в эксперименте хвосты были "задраны" вверх, причем чем сильнее было поле, тем больше был угол изгиба. Исследователи отметили, что повышенная склонность клеток этого региона к апоптозу, связана с активацией одной ключевых молекул апоптоза - каспазы-3 - в клетках, на поверхности которых были видны комплексы "DR4-антитела-магнитные частицы". Таким образом, вызвать апоптоз в клетках можно не только, когда они сидят на поверхности чашки Петри, но в пределах организма.

..многие опухолевые клетки нашли способ удачно избегать запуска программированной клеточной гибели

Здесь я не буду говорить, о том, что мы в двух шагах от победы над раком во всем мире. Скорее в нашем арсенале возможно в будущем появился еще один способ борьбы с опухолевыми клетками, он абсолютно точно не будет универсальным, так как многие опухолевые клетки нашли способ удачно избегать запуска программированной клеточной гибели. Соответственно, мы поставим под удар здоровые клетки, подверженные воздействию магнитного поля, ведь у них тоже есть DR4 на поверхности. Посмотрим, может быть в последующих работах ученые смогут обойти эту проблему.