Банк клеточных линий из тканей человека и животных: новый шаг в развитии экспериментальной онкологии

Онкологические заболевания в настоящее время занимают второе место в структуре смертности в развитых странах мира, что является стимулом к выполнению многочисленных исследований, направленных на изучение причин возникновения этой патологии, поиск эффективных путей профилактики и методов лечения.

Современный арсенал моделей экспериментальной онкологии включает спонтанные, перевиваемые и индуцированные опухоли животных; опухоли человека, перевитые иммунодефицитным животным; культуры опухолевых клеток человека и животных; молекулярно-генетические модели, что позволяет изучать особенности различных опухолей, закономерности их возникновения и роста, механизмов их метастазирования и т. д. Наиболее часто в этих целях используют перевиваемые опухоли, культуры клеток и молекулярно-генетические модели, процесс получения которых трудоемок и длителен.
Получение перевиваемых опухолей заключается в трансплантации спонтанной или индуцированной опухоли подопытным животным (мышам, крысам, кроликам, собакам и другим) с последующими многократными пассажами клеток опухоли от одного животного к другому. Полученные образцы подвергаются криоконсервации и длительный срок, иногда годами, могут храниться в специальных резервуарах в жидком азоте.
В качестве экспериментальных моделей в онкологии широко используют так называемые перевиваемые или постоянные клеточные линии, которые представляют собой клетки различных опухолевых и неопухолевых тканей человека, способные к росту и размножению in vitro. Процесс получения клеточных линий чрезвычайно сложен и длителен. Обычно выход культивированных in vitro опухолей человека в постоянные клеточные линии не превышает 1-2%. В специальные стерильные емкости в питательную среду высевают раковые или нормальные клетки, добавляют факторы роста и помещают в термостат, где при создании оптимальных условий происходит адаптация клеток, их размножение с образованием культуры клеток (суспензионной или монослойной). В дальнейшем осуществляется промывка с удалением нежизнеспособных клеток и пересев небольшого числа жизнеспособных клеток в новые емкости. В результате многократных пассажей получают клетки, адаптированные к росту в культуре, обладающие уникальными свойствами. Они требуют соблюдения определенных условий при культивировании и пересевах, а также особого температурного режима и газовой фазы (смеси кислорода и углекислого газа); для сохранения их подвергают криоконсервации в специальных жидких средах, охлаждая по определенной программе, после чего хранят в специальных сосудах с жидким азотом. Периодически культуры клеток размораживают, «разгоняют» (пересеивают 3-4 пассажа в благоприятных условиях) либо используют для исследований, затем их можно повторно замораживать. Трудности получения культур клеток обусловлены неспособностью многих клеток к росту вне организма, сложностью подбора оптимальных питательных сред и ростовых факторов, гормонов и другими причинами.

На базе отдела экспериментальных клеточных систем Института экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им. Р.Е. Кавецкого НАН Украины создан банк клеточных линий из тканей человека и животных, основателем и научным руководителем которого является руководитель отдела экспериментальных клеточных систем, доктор биологических наук Юрий Иосифович Кудрявец. Функционирование клеточного банка обеспечивают сотрудники этого отдела – ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, профессор Ада Леонидовна Воронцова, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук О.Е. Придатко, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук О.А. Ковалева, младший научный сотрудник Н.А. Безденежных, ведущий инженер Н.С. Степаненко и др.
Банк клеточных линий является уникальной, наиболее крупной в Украине официальной коллекцией клеточных материалов, предназначенных для сбора, криохранения и распространения клеток и штаммов трансплантируемых опухолей. В 1999 г. постановлением Кабинета Министров Украины он был внесен в Государственный реестр научных объектов, составляющих национальное достояние Украины. Именно эта государственная поддержка, а также поддержка дирекции Института и лично академика НАН Украины, доктора медицинских наук, профессора В.Ф. Чехуна позволяет клеточному банку активно функционировать, обеспечивая научный имидж Украины как европейского государства. Далеко не все государства Европы имеют такие клеточные банки.
Основу коллекции составили клеточные линии и клоны, полученные Ю.И. Кудрявцем в процессе его научной деятельности. На протяжении 30 лет осуществляется непрерывное пополнение фондов банка образцами из научно-исследовательских учреждений, а также из клеточных банков разных стран мира. На сегодня в банке имеется почти 300 клеточных линий, которые внесены в специальный каталог, содержащий информацию согласно международной номенклатуре. Коллекция насчитывает более 30 тыс. образцов стандартных и оригинальных линий клеток из нормальных и опухолевых тканей человека и разных видов животных (крыс, мышей, хомяков, обезьян, собак и др.). Клеточные линии человека и животных используют для фундаментальных и прикладных исследований в разных сферах биологии и медицины, которые осуществляются на базах ведущих научно-исследовательских учреждений Украины.
Так, клеточные линии используют в качестве экспериментальных моделей для изучения закономерностей опухолевого роста, межклеточных взаимодействий, морфологических и других особенностей клеток различных опухолей, влияния препаратов химического и биологического происхождения на опухолевые и нормальные клетки. Эти исследования осуществляют с применением современных методов культивирования, клонирования клеток и их трансдукции разными генами, а также иммунологических, вирусологических, биохимических, морфологических и цитогенетических методов. Благодаря наличию этих клеточных моделей осуществляется создание и тестирование активности новых противоопухолевых средств, антиангиогенных, иммуномодулирующих и противовирусных препаратов, а также проводится определение токсикологических свойств солей металлов и других химических соединений, с которыми человек сталкивается на работе и в быту.
Помимо клеточных линий, в банке содержатся штаммы перевиваемых опухолей: аденокарциномы легких, молочной железы, меланомы, лимфом, опухолей из тканей тонкого и толстого кишечника, печени, рака легкого, шейки матки. В клеточном банке также хранятся сотни гибридом, вирусы, плазмидные ДНК, тысячи образцов опухолей и других тканей, полученных от пострадавших при аварии на ЧАЭС, образцы ДНК и другие биологические материалы.
На сегодня в мировой практике активно разрабатывается направление биологической терапии онкологических больных, одним из перспективных средств которой признан интерферон (ИФН) – цитокин, являющийся универсальным негативным регулятором практически всех звеньев онкогенеза: инициации, пролиферации, прогрессии, ангиогенеза и метастазирования. С 1970-х гг. обоснование интерферонотерапии в онкологической практике является одним из приоритетных направлений работы отдела экспериментальных клеточных систем, основы которого были заложены исследованиями ведущего научного сотрудника, доктора биологических наук, профессора А.Л. Воронцовой, показавшими в экспериментальных исследованиях на мышах наличие онкопротекторных свойств ИФН в отношении развития индуцированных химическими канцерогенами опухолей. Многочисленные исследования, проведенные на базе отдела с использованием клеточных систем и экспериментальных моделей, позволили подтвердить наличие и детально изучить механизмы противовирусной (подавление синтеза вирусных РНК и белков, активация апоптоза инфицированных клеток), иммуномодулирующей (активация макрофагов и ЕК-клеток, Т-хелперов, цитотоксических Т-лимфоцитов, усиление экспрессии рецепторов и антигенов, индукция иммунорегуляторных белков в Т-лимфоцитах) и противоопухолевой активности ИФН, которая реализуется посредством подавления пролиферации клеток, прямого цитолиза, ингибирования ангиогенеза в опухолевой ткани за счет подавления транскрипции гена эндотелиального и других факторов роста, ингибирования подвижности клеток, блокады экспрессии онкогенов, активации генов-супрессоров опухолевого роста, антимутагенного эффекта и др. Таким образом, в ходе исследований была доказана целесообразность клинического применения ИФН в составе комплексной терапии онкологических больных.
При активном сотрудничестве с Национальным институтом рака МЗ Украины, онкологическими диспансерами в городах Житомире, Одессе, Львове, Ривному разработаны показания, оптимальные дозы и схемы интерферонотерапии. В частности, доказана целесообразность включения ИФН в комплексную терапию рака молочной железы, дисплазии и рака шейки матки, меланомы. На основании результатов экспериментальных и клинических исследований разработаны методические рекомендации и руководства по применению ИФН в онкологической практике и других сферах медицины.
Среди перспективных направлений работы отдела экспериментальных клеточных систем следует отметить создание генетически модифицированных клеточных линий, а также линий стволовых клеток, изучение их особенностей, возможностей направленного дифференцирования in vitro, условий культивирования, особенностей криоконсервирования и других свойств в связи с огромной заинтересованностью в возможности их использования в клинической практике. Эти клетки можно получать не только из тканей эмбриона, но также из тканей взрослого организма. Они представляют собой низкодифференцированные клетки-предшественники, обладающие высоким пролиферативным потенциалом и способностью дифференцироваться практически в любые клетки организма. Основной принцип их использования базируется на хоуминг-эффекте – способности клеток мигрировать в ткани, из которых они были получены, интеграции в эти ткани посредством специфических рецепторов и последующего дифференцирования. Это позволит повысить эффективность лечения широкого спектра заболеваний человека.

Подготовила Наталья Овсиенко