Методы Экспериментального Изучения опухолей

Существует несколько методов изучения опухолевого роста в эксперименте: трансплантация, индукция, а также использование линейных животных с повышенной частотой развития опухолей и генетически модифицированных животных.

Трансплантация опухоли. Впервые успешная трансплантация опухоли от взрослой собаки щенку была произведена отечественным ученым Н.М. Новинским в 1876 году. Метод трансплантации опухоли достаточно прост в воспроизведении, хотя требует соблюдения определенных правил.

· Опухоль практически не перевивается от одного вида животного к другому, слишком сильные видоспецифические антигены вызывают мощную иммунную реакцию и уничтожение опухолевых клеток.

· Животное, которому перевивается опухоль, должно иметь высокую степень реактивности, поскольку в канцерогенезе имеет значение не только влияние опухолевой клетки на окружающие ткани, но и реакция организма на эту клетку, наличие субстратов для адгезии, роста опухолевой ткани. Обычно этим требованиям отвечают молодые животные.

· Количество перевиваемой опухолевой ткани должно быть достаточно большим, т.к. одна или несколько опухолевых клеток будут уничтожены иммунной системой хозяина.

В последние годы в исследованиях все чаще используют ксенотрансплантацию, т.е. перевивку опухолей человека на животных. Для предотвращения иммунной деструкции трансплантированных клеток для ксенотрансплантации чаще всего используют мышей с выраженным иммунодефицитом, например, атимических безволосых мышей. Выделяют два варианта ксенотрансплантации опухолевой ткани: 1) ортотопическую, при которой фрагмент опухоли человека помещают в тот же орган мыши-реципиента, из которого произошла опухоль пациента, и 2) гетеротопическую, при которой опухолевую ткань трансплантируют подкожно.

К преимуществам использования модели ксенотрансплантации относятся:

· Возможность анализа опухолевой ткани человека, характеризующейся высокой степенью генотипической и фенотипической гетерогенности;

· Возможность персонализированного подбора противоопухолевой терапии;

· Результат относительно устойчивости опухолевых клеток к противоопухолевым препаратам может быть получен в течение всего нескольких недель от момента получения биопсийного материала у пациента.

Относительным недостатком классической модели ксенотрансплантации является наличие глубокого дефекта иммунной системы реципиента. Для решения этой проблемы предложено использовать для ксенотрансплантации " гуманизированных" атимических мышей, которых получают путем введения гемопоэтических стволовых клеток человека. Эта процедура позволяет частично восстановить иммунный ответ у животного-реципиента.

Трансплантация опухоли является удобным методом для оценки опухолевой прогрессии, изучения влияния опухоли на организм, и особенно исследования методов лечения опухоли, подборе химиопрепаратов против конкретных видов опухолей.

Индукция опухолей. Данный метод предполагает воздействие на организм животного различными канцерогенными факторами с целью возникновения опухолей. Чаще используют вирусный и химический канцерогенез.

В 1908 году Ellermann и Bang первыми воспроизвели перевивку опухоли (лейкоза) в опытах на птицах с помощью бесклеточного фильтрата, что можно считать первой демонстрацией роли вирусов в канцерогенезе. Затем, аналогичные опыты в 1911 году были выполнены Rous, который путем введения бесклеточного фильтрата куриной саркомы индуцировал развитие этой же опухоли у здоровых птиц. Впоследствии была доказана вирусная природа этих опухолей. Вирус-индуцированные опухоли у лабораторных животных - явление очень частое. Существует множество вирусов, вызывающих опухоли различных локализаций у мышей, хомячков, крыс и т.д. Онкогенные вирусы представлены как ДНК-, так и РНК-содержащими вирусами. У животных опухоли вызываются преимущественно РНК-содержащими вирусами. Существуют линии животных с опухолями, возникающими вследствие зараженности онкогенными вирусами (вирусом рака молочной железы, вирусом лейкоза мышей и т.д.). Хорошо известен так называемый фактор молока Биттнера (онковирус), названный так в честь автора блестящей работы (Bittner, 1936), доказавшего возможность передачи рака молочной железы от мышей высокораковой линии новорожденным мышатам низкораковой линии через материнское молоко.

Индукция опухоли с помощью химических канцерогенов достаточно сложна в исполнении и нередко требует проведения длительного эксперимента. Так, первый удачный опыт по индукции опухоли химическим веществом был выполнен в 1915 году, когда японские исследователи Ямагива и Ишикава сумели вызвать развитие опухоли кожи на ухе кролика после 6-месячного втирания в нее каменноугольной смолы. В экспериментах на животных подтверждается прямой канцерогенный эффект некоторых веществ. Однократная подкожная инъекция бензпирена и других ПАУ в зависимости от дозы после длительного латентного периода (3-4 месяца) приводит к развитию саркомы преимущественно в месте введения. Многократное введение ПАУ приводит к развитию лейкозов, а также опухолей различной локализации с меньшим латентным периодом. В настоящее время любые химические вещества, с которыми контактирует человек, а особенно фармакологические препараты должны испытываться на животных для оценки степени их канцерогенности.

Линейные животные с повышенной частотой развития опухолей. Большое значение в экспериментальной онкологииимеют линейные (инбредные) животные, полученные путем близкородственного скрещивания на протяжении многих поколений. Определенные линии таких животных имеют высокую частоту развития опухолей определенных локализаций, что обычно определяется полигенным наследованием. В качестве примера можно привести самок крыс линии BDII, у которых в 100% случаев развиваются аденокарциномы матки, или самцов линии Lobund-Wistar, c такой же частотой подверженных раку предстательной железы. У самцов мышей линии СВА с высокой частотой развиваются гепатокарциномы, тогда как у самок они выявляются в единичных случаях.

Модели опухолевого роста у генетически модифицированных животных. В последнее время широкое распространение во всем мире получили модели опухолевого роста с использованием генетически модифицированных мышей. Первое поколение таких моделей включало два варианта генетической модификации животных: 1) перманентное удаление (нокаутирование) одного или нескольких антионкогенов (например, Rb, Brca1, PTEN, p53 и др.) и 2) введение в геном дополнительных копий онкогенов (трансгенез, например, c-Myc). Однако, такие модели имели ряд недостатков:

· Высокая летальность животных на стадии эмбриона, существенные дефекты развития и стерильность взрослых особей;

· Усиление экспрессии (или удаление) гена во всех клетках организма не отражает реальной ситуации, когда измененные клетки окружены здоровыми клетками;

· В случае трансгенеза затруднен контроль над локализацией введенного гена и количеством его копий;

· Наличие выраженных компенсаторных изменений, влияющих на итоговый фенотип.

В связи с этим в последние годы разработаны усовершенствованные генетические модели опухолей у мышей. Так, например, технология Cre-Lox позволяет обеспечить высокоспецифическое «выключение» антионкогена в определенном органе или ткани в результате воздействия определенного внешнего физического фактора (например, излучения определенной длины волны). Такие животные получили название кондиционных нокаутов. Выключение функции гена при этом осуществляется необратимо. В то же время, конечной целью моделирования опухолей у генетически измененных животных является возможность обратимого «включения/выключения» любых генов, задействованных в развитии опухоли, в любой ткани и на любой стадии онтогенеза. Частично данную проблему решают тетрациклин-чувствительные генетические конструкции, позволяющие осуществлять обратимое ингибирование экспрессии определенного гена.

Рекомендуемая литература

1. Анисимов В.Н. Современные подходы к изучению канцерогенной безопасности, противоопухолевой, антиканцерогенной и геропротекторной активности фармакологических препаратов / В.Н. Анисимов и соавт. // Вопросы онкологии. - 2012. - Т. 58, №1. - С. 7-18.

2. Аничков Н.М. Биология опухолевого роста (молекулярно-медицинские аспекты) / Н.М. Аничков, И.М. Кветной, С.С. Коновалов. - М.: Олма-Пресс, 2004. - 216 с.

3. Имянитов Е.Н. Молекулярные механизмы опухолевого роста / Е.Н. Имянитов // Вопросы онкологии. - 2010. - Т. 56, № 2. - С. 117-128.

4. Pecorino L. Molecular biology of cancer. Mechanisms, targets, and therapeutics / L. Pecorino. - 3rd edition. - Oxford Press, 2012. - 360 p.

5. Weinberg R.A. The biology of cancer / R.A. Weinberg. - 2nd edition. - Garland Science, 2013. - 960 p.