 |
Ученые Пермского Политеха объяснили, как гравитация влияет на раковые клетки
Пластичность опухолевых клеток — ключевая проблема в лечении рака. На этот процесс влияют физические силы, в частности гравитация, но механизм явления оставался неизученным. Учёные Пермского Политеха впервые объяснили, как гравитация меняет состояние клетки. Это открывает путь к развитию новых стратегий лечения.
Статья опубликована в научном журнале «Microgravity Science and Technology».
Сегодня рак по-прежнему остается одним из самых сложных и серьезных заболеваний. Несмотря на огромный прогресс в диагностике и лечении, стандартные методы — хирургия, химиотерапия, облучение — воздействуют не только на опухолевые клетки, но и на здоровые ткани, вызывая значительную нагрузку на организм. Побочные эффекты существующих методов лечения, развитие устойчивости к терапии и сохраняющиеся метастазы (вторичные очаги опухоли) — всё это следствия неполного понимания фундаментальной природы злокачественных заболеваний.
Одной из главных причин агрессивности рака является его фенотипическая пластичность — умение клеток переключаться между разными состояниями. Например, они способны из стабильного положения перейти в подвижное и распространяться дальше по организму. Изменение состояний клетки зависит от активности определённых белков и генов, которые есть как в раковых, так и в здоровых клетках. В результате лекарства, нацеленные на подавление этих процессов в опухоли, неизбежно нарушают их и в нормальных тканях, что приводит к побочным эффектам и снижает эффективность лечения.
Долгое время считалось, что все ключевые процессы в клетке, включая переход от покоя к движению, управляются биохимическими сигналами — работой определённых белков и генов. Однако в последние годы ученые пришли к тому, что физические факторы также играют роль в её поведении и судьбе. Например, давление, натяжение, жесткость клетки и обычная сила тяжести напрямую влияют на то, как клетка себя поведёт.
Однако на Земле любое физическое воздействие мгновенно запускает химические реакции, поэтому изучать эти факторы по-отдельности в обычных условиях было невозможно. Ученые стали искать фундаментальную силу, влияние которой на клетку можно было бы устранить или ослабить. Это позволило бы не вносить изменений в её биохимическую среду и изучить эффект только физического воздействия на поведение клетки. Таким вариантом оказалась гравитация, всегда и одинаково действующая на всё живое на Земле. Эксперты предположили: если убрать эту силу, можно увидеть, как изменится внутренняя физика клетки. Это и привело к исследованию условий невесомости, где влияние гравитации сведено к минимуму.
Результаты показали, что клетки, в том числе раковые, начинают вести себя иначе и меняют форму. Это означало, что гравитация выступает в роли физического регулятора, который удерживает клетку в определенном положении, а ослабление этой силы влияет на появление новых состояний.
Хотя мировые ученые смогли зафиксировать сам факт изменения формы и поведения, они не нашли объяснение общего механизма, лежащего в основе переключений между разными состояниями. Без знания этого скрытого принципа все результаты экспериментов остаются неприменимы для создания методов управления опухолью и разработки новых терапевтических подходов к лечению.
Ученые Пермского Политеха создали математическую модель, с помощью которой впервые объяснили влияние физических сил, а именно гравитации, на изменение раковой клетки. Это открывает путь к развитию новой стратегии борьбы с онкологическими заболеваниями. Подобных результатов в мировой науке ранее не было.
Для построения модели ученые опирались на уже известные эксперименты на клетках рака молочной железы, которые показали, что в невесомости они способны делиться на два разных типа. Одни становятся более «твердыми», а другие — «жидкими». Причем самое любопытное, что у «жидкого» типа клеток вновь активируется механизм апоптоза (запрограммированной смерти клетки), нарушение работы которого является основной причиной развития и прогрессии онкологических заболеваний.
Эти два состояния есть и на Земле, они возникают в процессе развития рака. Однако переключение между ними — сложный процесс, требующий вмешательств в работу генов. В невесомости эти состояния появляются «мгновенно», поэтому если определить, как именно гравитация или её отсутствие влияет на них, можно найти новый, более простой способ управлять раковыми клетками на Земле (например, с помощью специальных препаратов).
Особую роль в этом процессе играет цитоскелет, который является каркасом клетки и отвечает за ее движение, деление и реакцию на внешние воздействия. Ученые ПНИПУ предположили, что именно его изменение и лежит в основе смены фенотипа (внешнего вида и поведения).
Чтобы проверить эту гипотезу, эксперты создали физико-математическую модель, в которой сосредоточились на этом ключевом элементе клетки. С помощью нее они изучили изменения строения цитоскелета как под действием гравитации, так и в условиях невесомости, чтобы определить влияние этой фундаментальной физической силы на смену состояний.
Моделирование показало, что при наличии гравитации клетка была стабильна и сохраняла одну определённую форму. Однако в условиях невесомости она теряла свою устойчивость и могла «переключиться» в одно из двух состояний — стать либо «твёрдой», либо «жидкой».
Чтобы объяснить этот процесс, ученые ввели в модель специальный структурный параметр, который показывал «устойчивость» цитоскелета и его способность к изменениям. В условиях гравитации значение показателя было высоким, а клетка находилась только в одном положении. В невесомости параметр падал, и появлялось уже два возможных состояния.
Однако в какое именно положение она перейдет, определяет не предложенный показатель, а дополнительное физическое воздействие на клетку. В данном исследовании ученые применяли сжатие и растяжение. Такой выбор связан с тем, что они имитируют давление соседних клеток или натяжение при движении жидкости, которые возникает в организме. Моделирование с применением этих физических воздействий показало, что сжатие направляет клетку в «твёрдое» состояние, а растяжение, напротив, переключает в «жидкое».
— На основании результатов исследования мы сделали вывод о возможности управления клеткой. Для изменения необходимо сначала создать условия, при которых значение введенного нами структурного параметра окажется низким, чтобы клетка стала «готова» к изменениям. После этого можно направить ее в нужное состояние с помощью искусственно созданного слабого сжатия или растяжения. Таким способом мы можем повлиять на поведение и форму клетки, потенциально активировав нарушенный механизм апоптоза, что облегчит процесс лечения рака, — рассказал Александр Никитюк, доцент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ.
Достоверность результатов исследования подтверждается тем, что при построении модели ученые опирались на уже известные из научной литературы данные о свойствах клеток. Кроме того, моделирование показало, что изменение гравитации влияет на возникновение «твердого» и «жидкого» состояний, что соответствует более ранним выводам в научной литературе. Согласование итогов исследования с установленными фактами подтвердило, что модель адекватно отражает влияние гравитации на поведение клеток.
— Результаты исследования открывают принципиально новый подход к управлению опухолью. Чтобы целенаправленно изменить форму и поведение (например, перевести раковую клетку в менее агрессивное состояние и сделать ее более уязвимой для лечения), достаточно искусственно понизить параметр и добавить слабое воздействие. Этого можно добиться не только путем «отключения» гравитации, но и с помощью специальных препаратов, использования механического напряжения, электрического поля и ультразвука, — отметил Александр Никитюк.
Дальнейшие исследования авторов будут направлены на экспериментальную проверку возможности управлять фенотипом раковых клеток путем изменения механических параметров их цитоскелета. Целью станет также разработка конкретных биомедицинских инструментов и подходов — например, химических агентов или биоматериалов, которые, имитируя эффект микрогравитации, смогут обратимо модифицировать опухоль для потенциальной терапии.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 22:05, 23.01.2026
Количество просмотров: 85
Страна: Россия
| Грибная перезагрузка: ученый Пермского Политеха рассказал, что меняется в лесу в конце лета, ПНИПУ, 11:07, 18.08.2026, Россия |
496 |
| Многие люди привыкли считать, что в августе лес продолжает давать те же грибы, что и в июле, только в больших количествах, но реальность гораздо сложнее. Ученый ПНИПУ рассказал, как меняется тихая охота в августе, почему сейчас так легко ошибиться и сорвать ядовитый двойник, и как правильно готовить августовские грибы. |
|
| Учёные ПНИПУ создали умные капсулы, которые удешевляют добычу нефти втрое, ПНИПУ, 17:05, 17.08.2026, Россия |
590 |
| Для добычи трудноизвлекаемой нефти используют специальный гель, чтобы создать трещины. После операции его нужно удалить, однако существующие средства срабатывают слишком рано или не выдерживают высоких температур. Учёные ПНИПУ создали новые капсулы для добычи, которые стоят в 3 раза дешевле аналогов. |
|
|
|
