Rozlišování rakovinných a zdravých buněk pomocí analýzy pohybu

Vědci z Tokio Metropolitan University zjistili, že pohyb neznačených buněk lze použít k zjištění, zda jsou rakovinné nebo zdravé. Pozorovali maligní fibrosarkomské buňky a zdravé fibroblasty na misce a zjistili, že sledování a analýzu jejich cest lze použít k jejich rozlišení až s 94% přesností. Kromě diagnózy může jejich technika také vrhnout světlo na funkce související s motilitou buněk, jako je hojení tkání.

Zatímco vědci a lékařští odborníci se po mnoho století dívali na buňky pod mikroskopem, většina studií a diagnóz se zaměřuje na svůj tvar, co obsahují a kde jsou uvnitř umístěny různé části. Ale buňky jsou dynamické, v průběhu času se mění a je známo, že se mohou pohybovat. Přesným sledováním a analýzou jejich pohybu můžeme být schopni rozlišit buňky, které mají funkce, které se spoléhají na buněčnou migraci. Důležitým příkladem je rakovina metastázakde jim motilita rakovinných buněk umožňuje šířit se.

To se však snadněji říká, než udělá. Za prvé, studium malé podskupiny buněk může přinést zkreslené výsledky. Jakákoli přesná diagnostická technika by se spoléhala na automatické, vysoce výkonné sledování značného počtu buněk. Mnoho metod se pak obrací na fluorescenční značení, což usnadňuje vidět buňky pod mikroskopem. Tento postup označování však může sám ovlivnit jejich vlastnosti. Konečným cílem je automatizovaná metoda, která používá konvenční mikroskopii bez štítků k charakterizaci motility buněk a ukazuje, zda jsou buňky zdravé nebo ne.

Nyní tým vědců z Tokijské metropolitní univerzity vedený profesorem Hiromi Miyoshi přišel s způsobem sledování buněk pomocí mikroskopie s fázovým kontrastem, jedním z nejběžnějších způsobů pozorování buněk. Mikroskopie fázového kontrastu je zcela bez označení, což umožňuje buňkám pohybovat se na Petriho misce blíže k jejich nativnímu stavu a není ovlivněna optickými vlastnostmi plastových Petriho jídel, kterými jsou buňky zobrazovány. Prostřednictvím inovativní analýzy obrazu dokázali extrahovat trajektorie mnoha jednotlivých buněk. Zaměřili se na vlastnosti odebíraných cest, jako je rychlost migrace a na to, jak byly zakřivené cesty, všechny by kódovaly jemné rozdíly v deformaci a pohybu.

Jako test porovnávali zdravé fibroblastové buňky, klíčovou složku zvířecích tkání a maligní fibrosarkomské buňky, rakovinné buňky, které pocházejí z vláknité pojivové tkáně. Dokázali ukázat, že buňky migrovaly jemně odlišnými způsoby, jak je charakterizováno „součtem otočných úhlů“ (jak zakřivené byly cesty), frekvence mělkých zatáček a jak rychle se pohybovaly. Ve skutečnosti kombinací jak součtu úhlů otočení, tak jak často provedli mělké zatáčky, mohli předpovídat, zda byla buňka rakovinná nebo ne s přesností 94%.

Práce týmu slibuje nejen nový způsob rozlišení rakovinných buněk, ale také na aplikaci pro výzkum jakékoli biologické funkce založené na motilitě buněk, jako je hojení ran a růst tkání.

Tato práce byla podporována číslem grantu JSPS Kakenhi JP24K01998, Tokio Metropolitan Government Advanced Research Grant Number R2-2 a TMU strategický výzkumný fond pro sociální angažovanost.