Мы с рождения подчинены силам гравитации, а потому не всегда осознаём, сколь важны они для жизни. Однако в научных экспериментах именно силы гравитации порой не дают учёным увидеть, как всё происходит на самом деле. Самый очевидный пример: искусственная культура клеток, выращиваемая в лабораторной посуде, занимает всю площадь этой посуды, формируя двумерный монослой. Из-за сил гравитации клетка не может всё время плавать в питательной среде, рано или поздно она осядет на дно. Между тем наши тела существуют в трёх измерениях, у нас внутри клетки объединяются в объёмные структуры, и можно предположить, что ведут они себя при этом иначе, чем на плоскости.
Вполне возможно, что именно тут кроется причина бесконечных неудач, сопровождающих поиск лекарства от рака. Ведь обычно раковые клетки в лабораториях растут двумерными колониями, и их свойства, как сказано выше, могут отличаться от настоящих трёхмерных опухолей. Хорошей альтернативой тут могли бы стать методы, позволяющие уменьшить силу гравитации. Исследователи Жанна Бекер и Глоко Суза из биотехнологической компании Nano3D Biosciences из Хьюстона (США) рассматривают в журнале Nature Reviews Cancer разные пути решения этой своеобразной методической проблемы, которые существуют сейчас и которые могли бы появиться в ближайшем будущем.
Биологи впервые осознали значение гравитации в жизни клеток с началом космических исследований. В 1970-е годы удалось увидеть, как в условиях микрогравитации на космической станции поверхность красных кровяных клеток покрывается бугорками, которые исчезают после возвращения на Землю. Много позже выяснилось, что при микрогравитации меняется не только форма клеток, но и активность генов: изменения затрагивали более тысячи шестисот генов из проанализированных 10 тысяч. Причём среди тех, что меняли свою активность, были такие, от которых зависели процессы апоптоза и подавления раковой трансформации. (Нельзя также не упомянуть работу, в которой гравитацию исследовали как силу, превратившую одноклеточных в многоклеточных.)
Разумеется, учёные задумались над тем, как создать клеточной культуре условия для объёмного роста. Одним из первых и самых простых решений было выращивать клетки в постоянно вращающихся сосудах, где они всё время плавали в толще питательной среды. Но при этом возникала проблема постоянных потоков жидкости, которые сказывались на возможности клеток контактировать друг с другом.
Другой, более технологически изощрённый метод основан на магнитной левитации. С её помощью, как мы недавно писали, удалось воссоздать кусочек лёгкого, который по свойствам почти не отличался от природного аналога. Исследователи из Nano3D Biosciences, воспользовавшись этой технологией, получили трёхмерные культуры самых разных видов рака: почек, печени, молочной железы, яичников, кожи и т. д. Действие лекарств с помощью этого метода можно исследовать в более правдоподобных условиях, если иметь в виду возможности молекулярно-клеточных контактов в объёмной структуре.
Однако при этом исследователи отмечают, что «земные» варианты микрогравитации всё же не вполне совершенны. Например, клетки рака предстательной железы, если их выращивать в медленно вращающемся сосуде, формируют скопления, не превышающие 3-5 мм. Тогда как на орбите эти же клетки образуют «опухоли» размером с мяч для гольфа. Словом, авторы обзора приходят к выводу, что нет ничего более подходящего для исследования рака, чем космос. Правда, в последнее время клеточно-космические исследования несколько затормозились из-за того, что в 2011 году НАСА отказалось от использования шаттлов. Хотя, как добавляют авторы статьи, на смену НАСА-челнокам могли бы прийти российские «Прогрессы».
Напоследок добавим, что, сколь бы натуральными ни выглядели 3D-скопления клеток, созданные в условиях микрогравитации, они всё равно будут отличаться от того, что получается в организме. И, возможно, эти отличия вполне сопоставимы с отличиями классических двумерных колоний. Ведь и опухоль, и вообще все ткани в нашем теле формируются при обычной земной силе тяготения, а трёхмерность достигается за счёт сложных и разнообразных молекулярно-клеточных ухищрений. В общем, в этом тонком вопросе стоит ограничиться осторожной фразой о необходимости дальнейших исследований…
Подготовлено по материалам Space.Com.