Коли ви переїжджаєте в нове місце, одне з перших, що ви можете зробити, це побудувати собі затишне гніздо – простір, де все так, як вам хочеться.

Виявляється, рак може робити щось дуже схоже.

Коли пухлина росте, вона змінює навколишнє середовище, щоб відповідати своїм потребам – відсуваючи тканини, перебудовуючи кровоносні судини та захоплюючи функції організму для підтримки свого існування та зростання.

Тепер команда вчених розробила нову техніку ультразвуку, яка дозволяє спостерігати цей процес гніздування в дії, коли смертельна пухлина влаштовується глибоко в мозку миші.

Ця пухлина – гліобластома, і спосіб, яким вона будує своє гніздо, може дати підказки про те, як з нею боротися.

"Здатність нашої платформи захоплювати всі три виміри прогресу пухлини in vivo у свідомих тварин є великим кроком вперед у вивченні нейроонкологічних процесів з просторовою та часовою точністю та розробці покращених методів лікування", пише команда на чолі з хімічним інженером Михайлом Шапіро з Каліфорнійського технологічного інституту в статті, опублікованій в iScience.

Немає хорошого виду раку, але деякі з них явно гірші за інших. Однією з найгірших є група, званих гліомами – зазвичай злоякісні утворення, які виникають з гліальних клітин або їх попередників у мозку або спинному мозку.

Найгірша форма – гліобластома, яка має п'ятирічну виживаність лише 5-7 відсотків.

Частина причини, чому гліоми так важко лікувати, полягає в тому, що вони захоплюють критичні функції мозку для своїх цілей, невід'ємно переплітаючись з навколишніми здоровими тканинами та кровоносними судинами, щоб підтримувати своє виживання.

Також важко зрозуміти, як цей процес розгортається. Мозок – це надзвичайно складний і організований орган. Вчені не можуть просто почати досліджувати, як він працює; навіть у моделях тварин такі дії можуть завдати шкоди, що змінює те, що вони намагаються спостерігати.

Те, що ми маємо, – це неінвазивні технології візуалізації, які можуть допомогти заглянути всередину живого мозку, але навіть тоді є обмеження.

Наприклад, магнітно-резонансна томографія (МРТ) може зображати весь мозок і відстежувати як пухлини, так і кровоносні судини, але не підходить для вивчення функцій мозку у свідомих, активних тварин. Оптична візуалізація пропонує чудову деталізацію, але не може проникнути дуже глибоко в мозок.

І жодна з технік не може показати вченим все, що їм потрібно побачити одночасно.

"Критично", пишуть дослідники, "жодна існуюча модальність не захоплює ріст пухлини, перебудову судин і гемодинамічні кореляти нейронної активності разом в одному, спільно зареєстрованому зображенні з порівнянною просторовою роздільною здатністю та глибиною".

Отже, вони вирішили спробувати об'єднати три техніки в одну ультразвукову техніку, яка захоплює більше еволюції гліобластоми, ніж попередні спроби.

Першим завданням було зробити гліобластому помітною серед навколишньої мозкової тканини в ультразвукових зображеннях.

Рішенням стала особливо розумна біологічна інженерія. Деякі бактерії природно виробляють маленькі бульбашки газу, звані газовими везикулами. Дослідники виростили людські клітини гліобластоми та інженерували їх з бактеріальними генами, які виконують цей трюк.

Потім вони вбудували клітини гліобластоми в гідрогель – по суті, середовище з тканиноподібною консистенцією, яке дозволило їм перевірити, чи допомогли б бульбашки гліобластомному матеріалу виділитися під ультразвуком.

Тепер все, що їм залишалося, це ввести це в мозок. Ігор, принеси мишей.

Щоб протестувати систему в живих мозках, дослідники імплантували свої інженеровані клітини гліобластоми в лівий таламус трьох мишей.

Протягом 11 днів команда неодноразово використовувала тримодальний ультразвук, щоб спостерігати за пухлинами, поки вони вкорінювалися та росли.

Один режим використовував газові везикули, щоб виявити саму пухлину. Інший відстежував зміни в обсязі крові, пов'язані з активністю мозку, тоді як третій використовував маленькі бульбашки, введені в кровотік, щоб картографувати мережу кровоносних судин навколо пухлини з надзвичайною деталізацією.

І, на диво, техніка, здається, спрацювала.

Миші проходили ультразвукові сканування, будучи свідомими та здатними рухатися на м'якій платформі, з головами, зафіксованими в положенні, щоб зменшити рух.

Коли кожна пухлина росла та розширювалася, дослідники змогли відстежити, як вона буквально виштовхувала сусіднє латеральне генікулююче ядро (LGN), яке обробляє зорову інформацію, з позиції.

Одночасно сплеск крові, який зазвичай супроводжує активність у LGN, коли миша щось бачить, зменшився з того боку, хоча зниження було статистично значущим лише в однієї миші; в іншої миші це сталося з обох сторін.

Потім пухлина перебудувала систему кровопостачання. Візуалізація судин, зафіксована під анестезією, виявила, що кровоносні судини зміщуються та реорганізуються навколо зростаючої пухлини.

У однієї миші з повним набором даних кров також рухалася повільніше через судини навколо пухлини, з ознаками того, що деякі з них звужуються або стають заблокованими.

І пухлина, здається, розвивала своє маленьке мікросередовище, заховане всередині мозку.

Коли обсяг крові коливався навколо мозку в координованих патернах, пухлина підтримувала свій власний ритм, очевидно, не пов'язаний з тим, що відбувалося навколо неї.

Але на даний момент неможливо точно сказати, що вона робила або чому.

Метою цього дослідження було перевірити, чи здатна техніка відстежувати зміни гліобластоми в живих, свідомих мишах з детальною точністю.

Визначити, що ці зміни означають і чи залишаються вони послідовними в більшій кількості об'єктів, вимагатиме подальших досліджень.

Є кілька важливих застережень. Це був експеримент, що підтверджує концепцію, в якому брали участь лише три миші, використовуючи модель гліобластоми, яка не відтворює всі складнощі раку, як це відбувається у людей.

Наступним кроком буде тестування техніки на більшій кількості тварин і більш реалістичних моделях раку мозку, щоб перевірити, чи зберігаються дивні патерни, які спостерігали дослідники.

У майбутній роботі техніку також можна буде використовувати, щоб спостерігати, що відбувається, коли вводиться лікування – не лише те, чи зменшується пухлина, а й як реагують мозок і кровоносні судини, переплетені з нею.

Зрештою, дослідники сподіваються, що спостереження за тим, як гліобластома будує своє гніздо, покаже їм, як його зруйнувати – гілка за гілкою.

Дослідження було опубліковане в iScience.