Везикулы – своеобразный межклеточный транспорт, с помощью которого можно быстро и точно диагностировать онкозаболевания на ранней стадии, а еще доставлять лекарственные препараты прямо в злокачественную опухоль. Это технология совсем близкого будущего.
Команда ученых НМИЦ онкологии им. Н. Н. Петрова усовершенствовала способы выделения везикул из организма, придумав несколько уникальных технологий. Руководит исследовательской работой Анастасия Валерьевна Малек — заведующая научной лабораторией субклеточных технологий с группой онкоэндокринологии, врач-онколог, доктор медицинских наук.
Причины возникновения
Водянистая жидкость внутри волдыря называется сывороткой. Она просачивается из соседних тканей, как реакция на травму кожи. Если волдырь остается закрытым, сыворотка может обеспечить естественную защиту поверхности под ним. Мелкие волдыри называются везикулами. Везикулит начинает развиваться, когда жидкость попадает под верхний слой кожи, называемый эпидермисом. Ряд различных заболеваний становится этому причиной. Некоторые из условий появления новообразования являются незначительными – в этом случае можно не обращаться к врачу. Другие – более серьезны и могут быть сигналом сложной медицинской проблемы, которая требует длительного лечения. Незначительные причины возникновения везикулы включают в себя аллергические реакции на вещества, вызывающие раздражение кожи, дерматит, экзему, герпес. Но следует обратиться к врачу, если пузырьки везикулы являются результатом аутоиммунного расстройства, ветрянки, опоясывающего лишая, кожных заболеваний, которые вызывают волдыри, а также состояния кожи, вызванные стрептококковой или стафилококковой инфекцией.
Функции везикул
Как видно из различных типов везикул, они могут участвовать в плавучести и оптимизировать фотосинтез (газовые везикулы), межклеточную передачу сигналов и обмен веществ (экзосомы), внутриклеточное пищеварение (лизосомы), транспорт и секрецию (везикулы, возникающие из сети Гольджи). Он может перевозить грузы любого типа, от крупных апоптотических пузырьков и патогенов до биополимеров, а также отходов. Они необходимы для формирования и поддержания плазматической мембраны, внеклеточного матрикса и внутренней цитоплазматической структуры. Везикулы также имеют решающее значение для функционирования клеток, участвующих во внеклеточном пищеварении, таких как выстилающие пищеварительные органы, такие как слюнные железы, Наконец, организм поддерживает гомеостаз координируя действия различных органов через свою нервную и эндокринную системы. Оба эти орган Системы нуждаются в правильном функционировании везикулярной сети для выполнения своих задач.
- апоптоз – Контролируемая, запрограммированная гибель клеток, которая является нормальной частью роста и созревания организма.
- Презентация антигена – Процесс, посредством которого клетки иммунной системы захватывают антигены и представляют их Т-клеткам, позволяя организму различать патогенные микроорганизмы и его собственные клетки.
- Эндоцитоз – Массовое поглощение материала клеткой через инвагинацию плазматической мембраны.
- экзоцитоз – Высвобождение большого количества материала из клетки, когда вакуоль или пузырьки сливаются с плазматической мембраной.
Каковы симптомы везикулита?
Есть много причин возникновения волдырей, в том числе раздражение в результате трения, воздействие раздражающих химических веществ, сильного холода или жары. Волдыри на ногах могут возникнуть из-за обуви, которая способствует натиранию кожи в одном конкретном районе. Любой вид ожога, в том числе солнечного, также может вызвать появление везикул. Как правило, волдыри имеют круглую или овальную форму в виде пузырьков жидкости под кожей, которые могут быть болезненными, сопровождаться покраснением, зудом или вовсе не вызывать никаких симптомов. Везикула – это кожная реакция, которую достаточно легко распознать. Как правило, она появляется не одна, а в виде целой россыпи наполненных жидкостью пузырьков, развивающихся на поверхности кожи. Пространство вокруг везикул также содержит жидкость. Большинство везикул легко разрываются. Когда это происходит, жидкость выходит наружу. После высыхания место волдыря желтеет или покрывается корочкой. Если этому явлению не предшествует серьезное заболевание, то заживает такая везикула достаточно быстро.
Диагностика
Обязательно стоит проконсультироваться с врачом, если были обнаружены необъяснимые везикулы на коже. Доктор (как правило, этим занимаются дерматологи) проверит состояние вашей кожи и может сразу диагностировать причину появления нежелательных пузырьков на основе полученной информации. Если ваш врач не уверен в точности диагноза, то он может порекомендовать сдать анализы и сделать ряд тестов. Доктор может взять образец жидкости или биопсию ткани кожи от пузырьков для отправки в лабораторию. Анализ образца поможет окончательно подтвердить диагноз.
Наша справка
Как выделяют везикулы из человеческого организма Исследователи, опираясь на фундаментальные знания в области физики, биологии и химии, предположили, что везикулы можно выделять путем создания так называемой двухфазной полимерной системы. Если смешать два полимера в жидкости, то при определенных соотношениях их молекулярных масс и концентраций произойдет расслоение раствора на две фазы: верхнюю и нижнюю. Этот феномен был давно известен, но для решения задачи выделения нановезикул он был использован лишь дважды: группами корейских и турецких исследователей. Ученые НМИЦ онкологии им. Петрова усовершенствовали эту технологию и подобрали оптимальное соотношение молекулярных масс и концентраций двух полимеров. В пробирке с плазмой крови растворяют два полимера, в итоге общий раствор разделялся на две фазы. В нижней фазе концентрируются нановезикулы, а в верхней — остальные компоненты плазмы. Такой метод выделения является достаточно быстрым и эффективным, для анализа можно использовать даже 1,5 мл плазмы. А за день в лаборатории можно выделить везикулы из 100 образцов
Везикула — это что за новообразование? Как лечить везикулит?
Лечение везикул зависит от причины появления. Если это была аллергическая реакция, то можно принять антигистаминные препараты, специального лечения не требуется, однако, нужно обратиться к врачу, если везикулы являются причиной более серьезных проблем со здоровьем или в случае, если причина неизвестна. Иногда появление водянистых волдырей на коже может сопровождаться другими серьезными симптомами, такими как воспаление или инфекция.
В этом случае только врач может назначать лекарства. Например, буллезный пемфигоид – тип аутоиммунного расстройства, возникающий чаще всего у пожилых людей. В этом случае принимают кортикостероиды для уменьшения воспаления и антибиотики для предотвращения инфекции. Не следует заниматься самолечением, прижигать или выдавливать везикулы, поскольку так можно только навредить самому себе. Лучше поговорить с врачом о приемлемых вариантах лечения для уменьшения симптомов.
Обычно комплексная терапия направлена на укрепление иммунитета и включает в себя витамины, микроэлементы, а также иммуномодуляторы. В зависимости от болезнетворного агента, вызвавшего везикулит, применяются различные группы антибактериальных препаратов: «Суммамед», «Олететрин», «Доксициклин». При специфических инфекциях используют препараты пенициллинового и тетрациклинового ряда, применяемых по назначенной по схеме. В качестве вспомогательного лечения используют противовоспалительные медикаменты: «Диклофенак», «Индометацин».
Избавиться от неприятных пузырьков можно в домашних условиях при помощи специальных антибактериальных мазей, реже таблеток или инъекций. Возможно использование народного арсенала средств: различные отвары, настои, ванны с применением крапивы, фенхеля, корня лопуха, ромашки, зверобоя и других лечебных трав.
При повышенной температуре следует принять жаропонижающее средство («Ибупрофен», «Нимид»). Случается, что везикулы могут перерасти в абсцесс или флегмону – тогда без хирургического вмешательства не обойтись.
Письмо с обратным адресом
— Благодаря технологии выделения везикул достаточно взять кровь из вены для того, чтобы обнаружить раковые клетки в организме человека?
— Да. Этот метод намного информативнее, чем анализ молекулярных компонентов плазмы, или так называемых онкомаркеров, к которым существует много претензий. Их используют и они популярны просто потому, что ничего другого нет.
— Зачем тогда нужны онкомаркеры, если информативность их под большим вопросом? Есть в них вообще какой-то практический смысл?
— Пока есть. Существуют онкомаркеры диагностического плана, когда они указывают с той или иной степенью вероятности на наличие какой-то болезни. К примеру, ПСА (простат-специфический антиген), который может реагировать на различные изменение в предстательной железе, не обязательно это должен быть рак простаты. Есть более специфичные маркеры – фрагменты мутированных генов, но тут другая проблема: нужно знать какую мутацию искать, что редко когда возможно.
— Чем везикулы лучше молекул, на основе которых работают онкомаркеры?
— Молекулы в крови можно сравнить с набором букв. Комбинации молекул — это слова. А везикулы — это уже готовый маленький текст. Некое письмо, причем с обратным адресом. Эти «письма» содержат много информации – нужно только уметь ее прочитать, и специфичность методов анализа везикул намного выше, чем специфичность традиционных онкомаркеров.
— Если везикулы показывают, что в конкретной ткани происходит что-то, скажем там, нетипичное, это явный признак начавшегося опухолевого процесса? Или все же могут быть варианты?
— Никто пока стопроцентно не скажет. И потом, это же динамичный процесс — некоторые опухоли появляются, но не растут. Иммунная система справляется сама. Но возможность использования такого «красного флажка» важна, он может сигналить – где начался процесс аномальной пролиферации, возможно, неопластической.
Каковы прогнозы?
Везикула – это навсегда или ее можно считать временным явлением? Все зависит от первопричины. Если пузыри были вызваны контактным дерматитом или как аллергическая реакция, то со временем в основном наблюдается полное выздоровление. В более серьезных случаях пузырьки могут быть следствием генетики или вирусной инфекции, поэтому периодически появляются и исчезают в течение всей жизни. Правильное лечение может облегчить симптомы болезни. Однако, если образование везикул вызвано хроническим заболеванием, то нельзя исключать вероятность того, что подобные водянистые высыпания не появятся снова.
Открытие мирового уровня
— В мире еще кто-то достиг похожих результатов?
— Научных работ, показывающих, что при развитии онкологического заболевания появились везикулы из нормального эпителия, я не видела. Но аналогичные исследования, конечно, ведутся. Есть, например, работы, показавшие, что везикул с меланином становится больше, когда развивается меланома. Но это, в принципе, логично. В американском Питцбурге работает сильная группа клинической направленности, но в основном там работают с гематологическими пациентами.
— Когда будут пройдены все этапы вашего исследования везикул, какую пользу это принесет конкретному пациенту?
— Финал «всех этапов» звучит как-то трагично, я думаю, что это долгий поступательный процесс. Пока могу предположить какими будут первые результаты? Мы работаем в двух направлениях: диагностики и терапия.
В первом случае, мы пытаемся создать метод оценки соотношения в плазме везикул, секретируемых разными эпителиальными тканями. Такой анализ будет основой технологии скрининга наиболее значимых онкологических заболеваний. Этот анализ будет быстрым и дешевым. В случае обнаружения отклонений – роста концентрации отдельной везикулярной фракции – ее можно будет выделить и проанализировать. Такой анализ будет вторым диагностическим этапом. Эти тесты должны быть сильно эффективней традиционных молекулярных онкомаркеров, но доступнее, чем методы инструментальной диагностики. Они должны занять определенную нишу и повысить показатели ранней диагностики онкологических заболеваний.
В рамках разработки «везикулярных» терапевтических подходов, мы работаем над созданием метода выделения везикул из плазмы в процессе процедуры плазмафереза. Пока этого никто не делал, поэтому нужно будет внимательно изучить физиологические эффекты изменения состава везикул плазмы. Результаты некоторых исследований позволяют предполагать, что у онкологических пациентов такая процедура будет потенциировать эффект стандартных методов системной терапии. Но самой «захватывающей» является идея модификации выделенных везикул и использования их в качестве аутологичной системы «адресной» доставки лекарственных препаратов в клетки опухоли.
Это все относительно далекие перспективы. Но их необходимо видеть, чтобы решать маленькие тактические задачи.
Везикула как составная часть клетки
Примечательно, что есть такое понятие, как везикула клетки. Это небольшой мембранный участок, который отделяет органические материалы от остальной цитоплазмы и отвечает за транспортировку этих веществ в различные части клетки. Жизнь везикулы длится недолго – она формируется и подвергается переработке по мере необходимости. Клеточные везикулы используются для перемещения химических веществ в те места, где они могут понадобиться. Также данные органеллы служат своеобразной упаковкой для комплекса Гольджи, включая ферменты, пептидные гормоны и белки плазмы. Все содержимое везикул окружено мембраной. Но вернёмся непосредственно к везикулиту.
«Автопортрет» клетки
— Что такое везикулы? Мы привыкли считать, что человек состоит из клеток и молекул, которые и несут самую главную информацию об устройстве организма.
— Есть клетки, а есть межклеточное пространство, содержащее широкий спектр органических молекул и ионов. Поэтому все привыкли к двум уровням организации тканей: клеточному и молекулярному. А есть еще что-то между. При этом, очень информативное. Везикулы — это пузырьки диаметром 80-150 нанометров, которые продуцируются всеми клетками организма. Они циркулируют во всех биологических жидкостях организма — кровь, слюна, спинномозговая жидкость и т.д. Эти везикулы переносят сигнальные или структурные молекулы между клетками анатомически отдаленных тканей и таким образом влияют на биологию и жизнедеятельность клеток-реципиентов, являясь системой интеграции многоклеточного организма.
Первые упоминания о везикулах появились еще в 50-60-е годы прошлого века. Но пока не были разработаны методы визуализации, их никто не видел. Как только везикулы смогли визуализировать благодаря появившейся аппаратуре, ученые обрадовались и кинулись их изучать.
— В микроскоп везикулы не рассмотреть?
— В том-то и дело, что в световой микроскопии их не видно. Разрешения не хватает на пару порядков. Здесь работают методы, основанные на отражении лазерного света от объекта, находящегося в состоянии броуновского движения.
— Что позволяет увидеть отраженный от везикулы лазерный луч?
— Надо понимать, что это не реальное отражение везикул, а некая смоделированная картина. Главное, что нам нужно сделать с этим «модельным» изображением — оценить размеры объектов и посчитать их. Из миллилитра человеческой плазмы можно выделить около десяти триллионов везикул. Посчитав их, мы уже можем с ними работать. В чем ценность везикул? Это ценная биохимическая композиция, созданная природой, по химическому составу везикула похожа на клетку, так как она является продуктом секреции клетки. Каждая везикула – это уникальная композиция, характерная именно для клетки-«автора». Своего рода «автопортрет» клетки. Зная ткане-специфичные маркеры, мы можем выделить везикулы, исходящие из определенных клеток. Анализируя везикулы, мы понимаем, в каких именно клетках развивается болезнь. Информативным может быть даже количественный анализ.
Понятно, что в крови циркулирует везикул много, но процентов 95-97 из них диагностически неинтересны. Это все фон, формируемый клетками сосудистых стенок и крови. Все остальные ткани организма тоже «подсыпают» свои везикулы, понятно, что в меньшем количестве и пропорционально секреторной активности ткани и размеру. Например, в плазме много везикул из мышечной ткани, а везикул из предстательной железы гораздо меньше. И здесь у нас возникла интересная теория. Все эпителиальные опухоли развиваются из эпителиев, к примеру, рак желудка образуются из кишечного эпителия, рак легкого из эпителия бронхиол и так далее. Соответственно, когда развивается онкологическое заболевание, клетки опухоли в большинстве своем сохраняют признаки исходной ткани — и если вдруг этой ткани становится в организме аномально много, то доля тех везикул, которые имеют соответствующие тканевые маркеры, возрастает.
Мы проверили эту теорию на двух локализациях — узловых образованиях щитовидной железы и раке толстой кишки. Например, мы оценивали количество везикул, имеющих маркеры кишечной дифференцировки, проще говоря, кишечных везикул. И оказалось, что у больных раком толстой кишки их больше, а у здоровых — меньше. Это значит, что нам не надо знать какие-то волшебные онкомаркеры. Надо просто знать характеристики везикул, секретируемых разными типами эпителиальных клеток, знать нормальное распределение таких везикул в плазме. Когда мы сможем оценивать отклонения от нормального распределения – мы сможем предполагать в каких тканях происходит активная пролиферация клеток, а возможно развивается опухоль.
— То есть надо собрать «базу данных» по всем органам и определить для каждого свою «норму» везикул?
— В идеале, если к этому вопросу подходить фундаментально, то, конечно, да. Подобных работ я нигде не видела, подозреваю, что их просто нет.
— Что нужно сделать, чтобы собрать все данные по всем везикулам в человеческом организме?
— Это сложная работа, потому что надо в первую очередь определить маркеры для каждого эпителия, протестировать сотни образцов. Такой подход требует глобального, спокойного, длительного исследования. Больших финансов и много рук.
Меры профилактики
В некоторых случаях предотвращение появления пузырьков не представляется возможным. Если вы знаете, что у вас есть аллергия, то можете помочь предотвратить развитие везикул, избегая контактов с аллергенами. Хорошей рекомендацией будет соблюдение правил личной гигиены – не стоит, например, делиться своей чашкой, пить из одной соломинки или пользоваться средством для губ совместно с другим человеком. К сожалению, большинство известных кожных заболеваний являются заразными и могут передаваться воздушно-капельным путем. Для предотвращения появления мозолей следует носить удобную обувь с хорошей посадкой, перед пребыванием на открытом солнце пользоваться солнцезащитными средствами, чтобы защитить кожу от ожогов.
В холодное время года необходимо одевать рукавицы, шапки и толстые носки, чтобы защитить кожу от мороза и пронизывающего ветра. Стоит избегать раздражителей и аллергенов, которые вызывают экзему, например, некоторых предметов гигиены (пены для ванн, моющих средств), специфических металлов в ювелирных изделиях (особенно никеля), и раздражающих растений, таких как ядовитый плющ. Для предотвращения волдырей, вызванных инфекциями, рекомендуется чаще мыть руки и не трогать кожные язвы, порезы и любые открытые раны у других людей. Важно помнить, что чем меньше у человека половых партнеров, тем ниже риск возникновения герпеса и других неприятных заболеваний. Чтобы избежать распространения инфекций, нужно стараться оградить детей от обмена игрушками и посудой с чужими отпрысками. Будьте осторожны и любите себя!
