Роль внеклеточных везикул в лечении рака и диагностическом процессе начали учить не так давно, но есть основания считать, что за экзосомами — будущее онкологии.
Как обычные, так и нездоровые клеточки безпрерывно выбрасывают внеклеточные везикулы (ВВ) во внеклеточное место, а ВВ несут молекулярные сигнатуры и эффекторы как физиологические, так и патологические.
Внеклеточные везикулы отражают динамические конфигурации, которые происходят в микроокружении клеток и тканей в состоянии здоровья и на различных стадиях заболевания.
ВВ способны изменять функцию клеток-реципиентов.
Было показано, что обоюдный обмен молекулярной информацией при помощи внеклеточных везикул меж различными органами и типами клеток содействует клеточной трансформации, перепрограммированию, многофункциональным изменениям и метастазированию.
Внеклеточные везикулы содержат опухолевые супрессоры, фосфопротеины, протеазы, причины роста, биоактивные липиды, мутантные онкопротеины, онкогенные транскрипты, микроРНК и последовательности ДНК.
Любые ВВ, присутствующие в био жидкостях, обеспечивают беспримерный неинвазивный доступ к принципиальной молекулярной инфы о состоянии клеток, в том числе их мутациям, классификаторам, молекулярным типам, терапевтическим мишеням и биомаркерам фармацевтической стойкости.
Не считая того, внеклеточные везикулы можно употреблять для неинвазивной оценки появления, прогрессирования, риска, выживаемости и результатов исцеления рака.
Цель нашей нынешней статьи — осветить современную информацию о роли внеклеточных везикул в развитии онкологических болезней и их полезность в диагностике, профилактике и лечении рака.
Новое поколение биомаркеров рака
Живы клеточки выделяют во внеклеточное место огромное количество эндоцитарных либо везикул плазматической мембраны, включая экзосомы, микровезикулы (МВ) и апоптотические тела, которые именуются внеклеточными везикулами (ВВ).
В литературе сообщается о разных заглавиях внеклеточных везикул — экзосомы, эктосомы, онкосомы, апоптотические тела, наночастицы либо микровезикулы.
Зависимо от происхождения, выделяют два класса ВВ: экзосомы и микровезикулы.
Экзосомы, везикулы размером с микрочастицы (30–100 нм) с плавучей плотностью 1,13–1,19 г/см3 , выделяются как бодрствующими, так и почти всеми патологически модифицированными клеточками.
Экзосомы образуются по эндолизосомному пути и происходят из эндосомального компартмента, именуемого мультивезикулярными телами.
Ли, Парк и соавторы сказали, что внеклеточные везикулы могут генерироваться мезенхимальными стволовыми клеточками и участвовать в угнетении ангиогенеза.
Остальные типы клеток, тромбоциты, нейтрофилы, ретикулоциты, макрофаги, мегакариоциты, моноциты, В- и Т-клетки, тучные клеточки и эндотелиальные клеточки, также выделяют ВВ.
Микровезикулы размером 100–1000 нм образуются методом почкования и слияния плазматической мембраны с внеклеточным веществом и имеют несколько общих черт с родительскими клеточками, включая наличие мембранных липидов, рецепторов, бессчетных нуклеиновых кислот и белков.
В целом, молекулярный состав каждой ВВ имитирует родительскую клеточку либо ткань с ее факторами роста, сенсорами, протеазами, микроРНК, липидами и белками. В нескольких исследовательских работах говорилось о наличии ряда биоактивных белков, нуклеиновых кислот, липидов и остальных биомолекул.
Кейби и соавторы показали, что ВВ содержат тетраспанины, такие как CD9, CD63 и CD81; молекулы I и II класса комплекса гистосовместимости (МНС); связанный с лизосомами мембранный белок-2 (LAMP-2).
Снутри экзосом, выделенных из клеток миелоидного лейкоза, колоректального рака и меланомы, находится двухцепочечная ДНК (представляющая весь геном опухоли).
Развитие рака — это многоэтапный и многофакторный процесс, который включает неконтролируемый рост, устойчивость к апоптозу, генетические и эпигенетические конфигурации и отличия в микроокружении.
Эти конфигурации снутри раковой клеточки отражаются внеклеточными везикулами, потому исследователей интересует применение ВВ для диагностики, мониторинга и исцеления рака.
Обычно биомаркеры указывают на отличия от обычного био статуса, которые содействуют канцерогенезу. В истинное время ряд биомаркеров, в главном из циркулирующих клеток рака, используют для диагностики и предстоящего исцеления.
Почти все из современных биомаркеров дают не достаточно инфы о происхождении ткани, и потому их тяжело употреблять в таргетной терапии рака. В свою очередь, это существенно ограничивает полезность обыденных биомаркеров в научных и клинических критериях.
Неповторимые свойства внеклеточных везикул в состоянии сделать их безупречными биомаркерами последующего поколения для исследовательских работ рака и терапии в XXI веке.
К примеру, роль ВВ во внутриклеточной коммуникации и динамический нрав их состава дозволили исследователям изучить потенциал модуляции опухоли. Понятно, что количество и состав везикул изменяются в процессе развития заболевания.
Бейран и соавторы сказали о повышении количества ВВ у пациентов с опухолью желудка, при этом количество везикул коррелировало со стадией. Завышенная экспрессия CCR6 и Her-2 / neu наблюдалась в образчиках пациентов с поздней стадией рака.
Уровни PTEN снутри экзосом, выделенных у пациентов с раком предстательной железы, коррелировали с развитием заболевания, а поэтому их употребляли для диагностики рака.
ВВ различаются потрясающим биораспределением и биосовместимостью; эти характеристики делают их безупречными для использования при доставке и биораспределении фармацевтических средств.
Тот факт, что внеклеточные везикулы содержат многофункциональные нуклеиновые кислоты, свидетельствует о том, что они функционально похожи на вирусные частички.
ВВ были обнаружены в почти всех био жидкостях, включая амниотическую жидкость, грудное молоко, бронхоальвеолярный секрет, спинномозговую жидкость и сыворотку крови, слюну и мочу.
Повсеместное распространение везикул в био жидкостях вместе с тем, что они отражают состав родительских клеток, дает ученым неповторимую платформу для проведения популяционных исследовательских работ и исследования онкологических болезней.
ВВ могут внести значимый вклад в исследование обычной физиологии и патофизиологических устройств.
В эпидемиологических исследовательских работах трудно, а время от времени нереально собрать несколько био образцов до развития заболевания. При помощи ВВ эпидемиологи могут мало инвазивным методом получить серию нужных образцов.
Морфологический, молекулярный и многофункциональный анализ био жидкостей, обогащенных ВВ, уже сейчас расширяет наше осознание риска и устройств развития рака предстательной железы, рака легкого, рака печени, рака желудка, глиобластомы и злокачественных новообразований, связанных с KSHV.
Ряд исследователей работают над внедрением внеклеточных везикул в качестве бесклеточной вакцины для профилактики и исцеления опухолевых болезней.
Функции внеклеточных везикул в организме
Для ВВ были предложены разные био роли:
— удаление лишнего либо вредного клеточного содержимого,
— эмиссия сигнальных и регуляторных молекул для межклеточной коммуникации и многофункциональной модификации обычных клеток
— стимуляция либо ингибирование иммунной системы организма
— антигенпрезентирующая функция
— контроль патогенов и др.
Можно с уверенностью сказать, что внеклеточные везикулы участвуют как в нужных для организма, так и патологических действиях.
ВВ употребляются в диагностике и прогнозировании рака, поэтому что функция начальной клеточки быть может экстраполирована методом исследования состава ВВ (белков, мРНК, некодирующих РНК, липидов либо остальных молекул) в жидкостях организма.
Каглерт и коллеги показали содержание двухцепочечной ДНК в сыворотке, собранной у пациентов с раком поджелудочной железы. ДНК, выделенная из их везикул, удачно использовалась в лаборатории для выявления мутаций р53 и KRAS.
ВВ не содержат белки митохондриального, ядерного либо эндоплазматического ретикулума. Экзосомы, а именно, не содержат большая часть рибосомальных РНК, в главном мРНК.
ВВ могут вести взаимодействие с клетками-мишенями рака конкретно через сенсоры клеточной поверхности либо могут быть интернализованы клетками-мишенями средством слияния мембран либо эндоцитоза.
Как ВВ-ассоциированные сигнальные молекулы распознаны, функцию клетки-мишени можно видоизменять либо регулировать.
Патологические функции и роль экзосом в исследовании рака
В ответ на патологические конфигурации клеточки связываются вместе, секретируя гетерогенную смесь везикул (включая МВ и экзосомы) с разным составом.
Пегтель и соавторы показали, что миРНК, присутствующие в экзосомах из клеток, инфицированных вирусом Эпштейна-Барра, могут высвобождаться и индуцировать сайленсинг специфичных генов, когда находятся в контакте с окружающими неинфицированными B-клетками.
Независимо от того, высвобождаются ВВ из клеток инфицированного владельца либо же заразного агента, содержащаяся в их информация открывает новейшие способности молекулярной диагностики ряда болезней.
Анализ содержания везикул также содействует осознанию взаимодействия владельца с заразным агентом, чтоб обеспечить действенный дизайн вакцины и разработку новейших терапевтических средств.
Внедрение внеклеточных везикул для диагностики рака
Содержание везикул в образчиках био жидкостей пациента отражает содержание клеток (как стромальных, так и опухолевых), из которых они происходят.
ВВ можно употреблять в качестве биомаркеров для диагностики, прогнозирования и мониторинга реакции пациента на назначенное исцеление.
Было продемонстрировано, по последней мере, в случае рака яичников, что профилирование миРНК, выделенных из циркулирующих экзосом, дает результаты, подобные исследованию экзосом конкретно из ткани.
Это гласит о том, что циркулирующие экзосомы могут быть применены в качестве заменителя для тканевых миРНК, а профилирование миРНК из экзосом имеет хорошие перспективы в качестве диагностического биомаркера рака яичников.
Но исследование ВВ, соответствующих для тех либо других болезней, лишь начинается.
Диагностические биомаркеры рака яичников в истинное время неопознаны, и примерно 70% случаев заболевания диагностируются на поздней стадии.
Новенькая информация свидетельствует, что экзосомные биомаркеры могут быть полезны при скрининге. А именно, количество высвобождаемых из тканей циркулирующих экзосом вчетверо выше у пациентов с раком яичников, чем у обычных субъектов.
Лян и коллеги охарактеризовали протеомное и геномное профилирование экзосом рака яичников. Это исследование показало, что в экзосомах находятся молекула адгезии эпителиальных клеток (EpCAM), CD24 и миРНК.
Это содержимое может служить биомаркером для диагностики рака яичников.
Так как говорилось, что сверхэкспрессия EpCAM коррелирует с пролиферацией эпителиальных клеток, при выделении экзосом рака яичника для предстоящего анализа быть может применена разработка на базе микрогранул, покрываемых антителами к EpCAM.
Тейлор и соавторы докладывают, что профилирование экзосомных миРНК является многообещающим в плане новейших исследовательских биомаркеров при раке яичников.
Создатели выявили, что группа присутствующих в экзосомах миРНК (miR-21, miR-141, miR-200a, miR-200b, miR-200c, miR-205 и miR-214) владеет чертами, подобными тем, которые были выделены из ткани яичников.
Не считая того, высочайшие уровни этих миРНК коррелируют с поздней стадией заболевания.
В дополнение к экзосомам, огромные диагностические надежды возлагаются на микровезикулы при неких злокачественных новообразованиях.
Завышенные уровни микровезикул зарегистрированы в сыворотке крови пациентов с опухолями молочной железы по сопоставлению со бодрствующими людьми.
При раке почки МВ, содержащие различные миРНК и мРНК, высвобождались из стволовых клеток рака почки, что может указывать на их роль в васкуляризации опухоли.
При идентификации биомаркера для мультиформной глиобластомы сывороточные микровезикулы анализировали при помощи микроматричного анализа экспрессии.
Исследователи выявили группу РНК, которые повышены при данном типе опухоли.
Транскриптомный анализ экзосом в моче нездоровых раком предстательной железы показал наиболее высочайшие уровни PCA-3 и TMPRSS2-ERG по сопоставлению с контролем.
Так как ткань рака предстательной железы фенотипически неоднородная, биопсия, взятая из определенного места, может не отражать общий статус злокачественной опухоли, включая специальные для опухоли варианты, мутации и уровни мРНК и микРНК для исследовательских целей.
Транскриптомный анализ циркулирующих везикул быть может репрезентативным для статуса злокачественной опухоли предстательной железы.
Оценка злости рака при помощи внеклеточных везикул
Определение злости рака является главным для составления прогноза.
Есть перспективные способности использования внеклеточных везикул для данной цели. К примеру, при раке яичников высочайшие уровни CD24 указывают на худший прогноз и понижают характеристики выживаемости пациентов.
Исследования проявили, что уровни EpCAM и CD24, присутствующие в экзосомах, коррелировали с злостью рака яичников.
Рунц выделил экзосомы у пациентов с раком яичников. Исследователь нашел, что цитоплазматическая локализация CD24 наблюдается в опухолях с высочайшим инвазивным потенциалом, и напротив.
При меланоме экзосомы, выделенные из метастатических клеток, были способны создать первичную опухоль брутальной методом конверсии предшественников костного мозга.
Белки, участвующие в регуляции мембранного транспорта и образования экзосом, такие как RAB1A, RAB5B, RAB7 и RAB27A, показывают сверхэкспрессию в клеточках меланомы.
При раке мочевого пузыря экзосомы, выделенные из мочи пациентов с поздним раком мочевого пузыря, имели наиболее высочайшие уровни EDIL-3, молекулы, которая содействует ангиогенезу, по сопоставлению с экзосомами от здоровых людей.
При гепатоцеллюлярной карциноме было подтверждено, что EDIL-3, играющий роль в прогрессировании остальных опухолей, также выделяется в огромных количествах.
Рецепторная тирозинкиназа MET отвечает за опосредованное экзосомами метастатическое поведение на модели мышей с меланомой. Когда экспрессия Met в экзосомах миниатюризируется, прометастатическое поведение клеток костного мозга не наблюдается.
Роль внеклеточных везикул в лечении рака
Как упоминалось ранее, ВВ были предложены в качестве бесклеточной вакцины.
Достоинства везикул в состоят в том, что они не живы объекты и просто экстрагируются из био жидкостей.
Это биодоступные носители, которые отлично переносятся нацеливаются на определенные ткани, устойчивы к метаболическим действиям и, самое основное, преодолевают мембраны.
ВВ числятся безупречными кандидатами для доставки миРНК / малых интерферирующих РНК либо фармацевтических молекул, которые в неприятном случае стремительно распадались бы.
Потенциальные области внедрения внеклеточных везикул в лечении рака были предложены относительно не так давно. ВВ можно снабдить селективной композицией фармацевтических средств для доставки. При всем этом вещество достигнет цели с минимальными неуввязками, обусловленными иммунитетом и прохождением гематоэнцефалического барьера.
В крови ВВ размеренны и способны доставлять многофункциональные РНК в клеточки.
Что касается персонализированной медицины, ВВ, взятые у 1-го человека, могут быть обогащены, смешаны с лекарством и возвращены тому же человеку без риска отторжения.
Опухолевые везикулы переносят антигены клеток рака и представляют их Т-лимфоцитам, вызывая противоопухолевый ответ и приводя к массовой смерти опухолевых клеток.
Также было предложено внедрение ВВ, в особенности нановезикул, в бесклеточных противораковых вакцинах. ВВ способны провоцировать иммунную систему к распознаванию специфичных антигенов и инициировать иммунный ответ в отношении аномальной раковой клеточки, оставляя окружающие клеточки постоянными.
Задачи и потенциальные решения
Хотя концентрация при раке ВВ возрастает, способы выделения везикул, обычно, отымают много времени и дают эталоны, которые нуждаются в предстоящей чистке.
Эти причины, вместе с весьма высочайшими затратами, ограничивают применение везикул, в особенности в эпидемиологических исследовательских работах, где анализируются тыщи образцов.
Нужны последующие улучшения технологии выделения ВВ, чистки и анализа.
Не считая того, современные технологии изоляции затрудняют идентификацию разных подгрупп везикул. Вот почему в научной литературе так нередко можно повстречать термин «внеклеточные везикулы» заместо определенных типов (к примеру, экзосомы и МВ).
Существует и иная неувязка. Загрязнение комплексами РНК-белок, белковыми агрегатами и иными наночастицами может воздействовать на результаты лабораторных исследовательских работ.
Из-за функциональной природы ВВ принципиально осознать баланс меж здоровой и онкогенной передачей сигналов везикул, что также проблемно.
Одним из методов использования ВВ в терапевтических целях является удаление / нейтрализация этих пузырьков для предотвращения метастазирования и онкогенеза.
Тем не наименее, на нынешний денек технические и денежные задачи, связанные с удалением микроскопичных клеточных образований in vivo, мешают клиническому использованию данного способа.
Новейшие технологические заслуги могут поменять ситуацию в не далеком будущем.
Время от времени МВ, высвобождаемые из определенного органа, отвечают за резистентность к терапии, перенося белки множественной фармацевтической стойкости (MDR).
Нужно осознать, как поменять биосинтез внеклеточных везикул и межклеточную коммуникацию, чтоб можно было ВВ употреблять для целенаправленной терапии.
Предстоит осознать, являются ли способы исцеления, которые нацелены на поглощение опухолевых ВВ клетками-реципиентами, довольно специфичными в контексте предотвращения побочных эффектов.
Также нужно наилучшее осознание молекулярных устройств, лежащих в базе биосинтеза везикул и их физиологической значимости.
Невзирая на задачи, упомянутые выше, научное общество заинтересовано в этих тканевых пузырьках и их бессчетных функциях. ВВ имеют огромные перспективы для диагностики и исцеления рака. Аналогичным образом, существует ряд многообещающих направлений использования везикул в исследовательских работах рака и эпидемиологии.
Источник: