Растущая опухоль не просто занимает свободное место в организме. Она постепенно перестраивает окружающую среду под себя: оттесняет ткани, меняет расположение кровеносных сосудов и использует функции организма для собственного выживания.
Теперь учёным удалось буквально наблюдать этот процесс внутри мозга живого животного.
Исследователи разработали новый метод ультразвуковой визуализации, позволяющий одновременно видеть рост опухоли, изменения кровеносных сосудов и признаки активности окружающих областей мозга. С его помощью команда проследила за развитием глиобластомы — одной из самых агрессивных форм рака мозга.
Глиобластома особенно опасна тем, что тесно переплетается со здоровой тканью и кровеносными сосудами. Пятилетняя выживаемость при ней составляет всего около 5–7 процентов.
При этом наблюдать за тем, как такая опухоль меняет мозг в процессе роста, крайне сложно. Мозг слишком чувствителен к вмешательствам, а существующие методы визуализации имеют свои ограничения.
Магнитно-резонансная томография позволяет видеть весь мозг и отслеживать опухоли и сосуды, но плохо подходит для изучения работы мозга у бодрствующих и двигающихся животных. Оптические методы дают очень высокую детализацию, однако не способны проникать глубоко в ткань.
Поэтому исследователи попытались объединить сразу несколько возможностей в одном ультразвуковом подходе.
Сначала нужно было сделать саму опухоль хорошо различимой на фоне остальных тканей мозга. Для этого учёные использовали необычный приём.
Некоторые бактерии способны создавать микроскопические газовые пузырьки. Исследователи добавили соответствующие бактериальные гены в клетки человеческой глиобластомы, чтобы те тоже начали формировать такие структуры и стали заметнее при ультразвуковом исследовании.
После лабораторной проверки модифицированные клетки имплантировали в левую часть таламуса трёх мышей.
В течение следующих 11 дней исследователи неоднократно наблюдали за опухолями с помощью трёх режимов ультразвука.
Первый показывал саму глиобластому благодаря газовым пузырькам внутри её клеток. Второй отслеживал изменения объёма крови, связанные с активностью мозга. Третий с помощью микроскопических пузырьков, введённых в кровоток, позволял чрезвычайно подробно отображать окружающую сеть сосудов.
Метод сработал.
Причём часть наблюдений проводили на бодрствующих животных. Мыши находились на мягкой платформе и могли двигаться, хотя их голову фиксировали, чтобы уменьшить помехи при сканировании.
По мере роста опухоли исследователи увидели, как она буквально оттесняла соседнюю область мозга — латеральное коленчатое тело, участвующее в обработке зрительной информации.
Одновременно на стороне опухоли снижался приток крови, который обычно возникает в этой области при зрительной стимуляции. Правда, статистически значимым это изменение оказалось только у одной мыши, а у другой подобное снижение наблюдалось сразу с обеих сторон мозга.
Ещё заметнее опухоль воздействовала на сосуды.
По мере её увеличения кровеносные сосуды рядом с ней постепенно смещались и перестраивались. У одной мыши, для которой удалось собрать полный набор данных, кровь в сосудах вокруг опухоли также двигалась медленнее. Некоторые сосуды выглядели суженными или частично перекрытыми.
Кроме того, внутри самой опухоли словно возникал собственный небольшой мир.
В окружающих тканях объём крови изменялся в согласованных ритмах, связанных с работой мозга. Опухоль же демонстрировала собственный ритм, который, по-видимому, не совпадал с происходящим вокруг неё.
Пока исследователи не знают, что именно означает такое поведение и почему оно возникает.
Главной целью работы было не объяснить все замеченные изменения, а проверить, способен ли новый метод подробно отслеживать развитие глиобластомы в живом мозге бодрствующего животного.
И здесь результаты оказались многообещающими.
Однако исследование было очень небольшим. В нём участвовали всего три мыши, а использованная модель глиобластомы не воспроизводит всей сложности настоящей опухоли у человека.
Теперь учёным предстоит проверить технологию на большем количестве животных и на более реалистичных моделях рака мозга, чтобы понять, повторяются ли обнаруженные закономерности.
В дальнейшем такой метод можно будет использовать и для наблюдения за лечением. Он позволит оценивать не только то, уменьшается ли опухоль, но и то, как на терапию реагируют окружающие ткани мозга и сосуды, которые опухоль успела изменить.
Исследователи надеются, что подробное наблюдение за тем, как глиобластома перестраивает мозг под себя, в конечном итоге поможет понять, как разрушить созданную ею систему.
