Ученые изучали рак очень странным образом в течение десятилетий

Выращивая клетки в нереалистичных средах, они могли непреднамеренно исказить результаты своих экспериментов.

В 1959 году американский врач по имени Гарри Игл смешал один из самых важных коктейлей в истории медицины - красную смесь из сахара, солей, витаминов и аминокислот, которая позволила ученым эффективно выращивать клетки людей и других животных "в пробирках". Этот красный эликсир, известный как минимально необходимая среда Игла (EEM), стал основой биологических исследований. Шестьдесят лет спустя среда и ее варианты все еще интенсивно используются, когда исследователи хотят изучать клетки животных, исследовать ли вирусы, которые заражают нас, или выяснить, что идет не так, когда клетки становятся злокачественными.

Как следует из названия, EMEM был спроектирован максимально простым - в нем есть все, что нужно клетке для роста, и ничего более. И в последние годы ученые начали понимать, что такие ограниченные смеси могут искажать их результаты, искажая способы, которыми клетки метаболизируют питательные вещества. Как будто они десятилетиями изучали здоровье людей, которым когда-либо давали только пайки для еды.

Вместо использования общих «питательных сред», таких как EMEM (или его более концентрированный вариант, модифицированная по Дульбекко среда Игла, известная как DMEM), может быть лучше начать создавать смеси, которые более точно отражают химические профили нашего тела. Это то, что Саверио Тардито сделал в 2012 году, когда он присоединился к Британскому институту исследований [UK Beatson Institute] рака в Глазго. «Около 90% работ по исследованию рака используют те же два или три коммерчески доступных сред», - говорит он. «Мы, исследователи, знаем, что среда, которую вы выберете в начале эксперимента, повлияет на результат, но слишком легко открыть дверцу холодильника и использовать то, что там есть. Я думаю, что мы все были немного ленивы.

В течение нескольких лет он дорабатывал смесь под названием Plasmax, которая содержит около 60 питательных веществ и химических веществ в концентрациях, обычно присутствующих в крови человека. «Это был побочный проект - просто способ получить лучший инструмент для проведения более качественных исследований», - говорит Тардито. «Но с самого начала мы заметили, что среда имеет значение».

Его коллега Йохан Ванде Вурде понял, что раковые клетки, выращенные в Plasmax, ведут себя, скорее, так, как это было бы в реальных опухолях, без некоторых странностей в поведении, вызванных коммерчески доступными средами. Например, DMEM содержит вещество, называемое пируват, в 10 раз превышающее его нормальную концентрацию в крови. Эти аномальные уровни заставляют раковые клетки расти так, как будто они испытывают недостаток кислорода, даже когда газ присутствует в избытке. В DMEM клетки действуют так, как будто их душат. В Plasmax подобного нет.

В отличие от DMEM, Plasmax также содержит селен, необходимое минеральное вещество. Сравнивая две среды, Ванде Вурде показал, что, когда клетки рака молочной железы выращиваются при низкой плотности, они погибают в отсутствие селена, но процветают в его присутствии. Это немного беспокоит. Несколько исследователей протестировали добавки селена как способ предотвращения рака, но, несмотря на многие исследования, нет убедительных доказательств защитного эффекта. Вместо этого Тардито задается вопросом, могут ли такие добавки быть рискованными: если селен позволяет раковым клеткам выживать в немногочисленных популяциях, это может облегчить распространение фрагментов опухолей в другие части тела. «Мы должны следить за этим в исследованиях на животных», - говорит он.

Дэвид Сабатини из Института биомедицинских исследований Уайтхеда также смешивал свою собственную культуральную среду, которая имитирует уровень питательных веществ в крови человека. В 2017 году он показал, что раковые клетки, выращенные в этой смеси, гораздо менее чувствительны к химиотерапевтическому препарату под названием Adrucil.

Эти результаты приходят в интересное время. В последние годы онкологические биологи сталкивались с возможным кризисом воспроизводимости, в результате которого другие команды не могут повторить результаты нескольких экспериментов с участием выращенных в лаборатории клеток. В более широком смысле, исследователи изо всех сил пытались перевести результаты базовых экспериментов с участием таких клеток в новые методы лечения, которые действительно помогают больным раком. Хотя есть много возможных причин этих проблем, Тардито задается вопросом, могут ли он и его коллеги получить лучшие результаты, если они будут выращивать клетки в более реалистичных средах.

«Могут ли эти новые среды более эффективно раскрыть уязвимости раковых клеток?», - добавляет Чи Ван Данг из Института Вистар, который также хочет знать, как иммунные клетки могут реагировать в этих более физиологических условиях. «Могут ли эти СМИ помочь нам лучше понять иммунотерапию?»

«Эти исследования являются абсолютно правильный шаг в правильном направлении», - говорит Джина ДеНикола из Онкологического центра им. Моффита. «Для более широкого применения этого подхода необходимо, чтобы эти типы сред были коммерциализированы. Хотя их можно создавать в лаборатории, они очень дорогостоящие и требуют много времени. Коммерческие среды также более стабильны и более высокого качества, что поможет воспроизводимости между лабораториями».

Действительно, именно поэтому исследователи так медленно выходили за рамки традиционных сред, таких как DMEM.

Коммерческая подготовка также помогла бы Сабатини и Тардито, чьи команды кропотливо составляли запасы своих собственных кустарных сред и отправляли их сотрудникам по всему миру. «Я изо всех сил стараюсь не отставать от запросов», говорит Тардито. Сабатини добавляет: «Мы работаем с поставщиками, но это нелегко, поскольку физиологические среды дороже и, вероятно, имеют более короткий период полураспада».

Для исследователей, стремящихся понять, как онкоклетки поглощают питательные вещества, «проверка своих находок в такой среде, как Plasmax, несомненно, добавит беспрецедентную точность и, надеюсь, станет более распространенной практикой», - говорит Наташа Павлова из Онкологического центра Memorial Sloan Kettering.

Но она отмечает, что такие среды не идеальны. В них все еще не хватает многих важных компонентов крови, включая жиры и белки. Они не фиксируют различные химические профили, которые существуют в других тканях и органах. Они не отражают химические пустоты, которые существуют в сердцевине опухолей, которые растут так быстро, что их кровоснабжение не может обеспечить их достаточным количеством питательных веществ. Буквально в прошлом месяце Александр Мьюир из Чикагского университета показал, что жидкости внутри опухоли, которые циркулируют между ее раковыми клетками, содержат различные уровни питательных веществ, чем в крови.

Возможно, самое важное, говорит Павлова, многие исследователи рака полагаются на линии опухолевых клеток, которые были созданы десятилетия назад. С тех пор эти линии выросли в традиционных средах, таких как DMEM, и, вероятно, адаптировались соответствующим образом. Если бы они сейчас были погружены в Plasmax, это приблизило бы исследователей к реальной биологии или еще дальше? Должны ли исследователи создавать совершенно новые клеточные линии, которые выращиваются в Plasmax с самого начала?

Тардито признает эти проблемы. «Никогда не будет идеальной среды, которая имитирует среду опухоли от начала до конца», - говорит он. «Все, что мы можем сделать, это попытаться свести к минимуму эти недостатки настолько, насколько мы можем».

источник www.theatlantic.com/science/archive/2019/01/cancer-culture-media-plasmax/579283/

редактура и адаптация Дмитрий Бобров