Раковые и здоровые клетки можно различать с помощью анализа движения

Исследователи из Токийского столичного университета обнаружили, что по движению немаркированных клеток можно определить, являются ли они раковыми или здоровыми. Они наблюдали за злокачественными клетками фибросаркомы и здоровыми фибробластами на чашке Петри и обнаружили, что отслеживание и анализ их траектории движения может использоваться для их дифференциации с точностью до 94%. Помимо диагностики, эта методика может также пролить свет на функции, связанные с подвижностью клеток, например, на процессы заживления тканей.

Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS One.

Хотя ученые и медицинские специалисты рассматривают клетки под микроскопом уже много веков, большинство исследований и диагнозов сосредоточены на форме клеток, на том, что они содержат и где внутри них расположены различные элементы. Однако клетки динамичны, меняются со временем и, как известно, способны двигаться. Точно отслеживая и анализируя их движение, мы сможем дифференцировать клетки, функции которых зависят от клеточной миграции. Важным примером является метастазирование рака, когда подвижность раковых клеток позволяет им распространяться.

Однако об этом легче говорить, чем делать. Во-первых, изучение небольшого подмножества клеток может дать необъективные результаты. Любая точная диагностическая методика должна основываться на автоматизированном высокопроизводительном отслеживании значительного количества клеток. Во многих методах для этого используется флуоресцентное мечение, благодаря которому клетки гораздо легче увидеть под микроскопом. Но такая процедура маркировки может сама по себе влиять на их свойства. Конечной целью является автоматизированный метод, использующий обычную микроскопию без меток, чтобы охарактеризовать подвижность клеток и показать, здоровы они или нет.

Теперь группа исследователей из Токийского столичного университета под руководством профессора Hiromi Miyoshi (Хироми Миёси) придумала способ отслеживания клеток с помощью фазово-контрастной микроскопии, одного из самых распространенных способов наблюдения за клетками. Фазово-контрастная микроскопия не предусматривает использования меток, что позволяет клеткам перемещаться по чашке Петри, максимально приближенно к их естественному состоянию, и не зависит от оптических свойств пластиковых чашек Петри, через которые ведется наблюдение за клетками. Благодаря инновационному анализу изображений ученые смогли определить траектории движения многих отдельных клеток. Они сосредоточились на таких свойствах траекторий, как скорость миграции и извилистость траекторий – все это кодирует тонкие различия в деформации и движении.

Для эксперимента они сравнили здоровые клетки фибробластов, ключевого компонента животных тканей, и злокачественные клетки фибросаркомы – раковые клетки, происходящие из волокнистой соединительной ткани. Они смогли показать, что клетки мигрировали совершенно по-разному, что характеризовалось «суммой углов поворота» (насколько кривыми были пути), частотой неглубоких поворотов и скоростью перемещения. В действительности, комбинируя сумму углов поворота и частоту неглубоких поворотов, они могли предсказать, является ли клетка раковой или нет, с точностью 94%.

Работа команды обещает не только новый способ различения раковых клеток, но и применение в исследованиях любых биологических функций, основанных на подвижности клеток, таких как заживление ран и рост тканей.