Каждую неделю нейроонколог Гарвардской медицинской школы Энни Хсие лечит пациентов с глиомами — наиболее распространенным типом рака мозга, включая самый смертоносный — глиобластому.

По ее словам, после того, как коллеги-нейрохирурги Хси удаляют глиому хирургическим путем, часто кажется, что рак не остался. Могут последовать облучение и другие методы лечения. Однако глиомы имеют тенденцию возвращаться, не только в исходном месте, но и в отдаленных частях мозга, угрожая неврологическим вредом, а в некоторых случаях и смертью.

Что происходит в мозге, что побуждает эти опухоли снова расти там, хотя они редко появляются в других частях тела, десятилетиями ставило ученых в тупик и сделало глиомы одним из самых трудно поддающихся лечению видов рака. Это вопрос, на который врач-ученый Хсие давно хотел получить ответ.

Теперь она и ее коллеги из HMS заполнили часть головоломки, предоставив первый взгляд на типы нейронов в мозге, которые связаны с глиомами. Результаты были опубликованы 4 декабря в Proceedings of the National Academy of Sciences .

Профилирование особенностей и свойств нейронов, иннервирующих глиому, у мышей дает новое представление о том, что стимулирует образование и распространение рака в мозге, а также о том, как исследователи могут разработать новые стратегии лечения, чтобы предотвратить его повторное появление.

«Это первый шаг, который дает наглядное объяснение того, почему опухоли могут быть повсюду в мозге», — сказал Хсие, первый автор исследования и преподаватель неврологии HMS в Mass General. «Теперь мы можем видеть, где возникают связанные нейроны, изучать, как они интегрируются с глиомами, и искать возможности для прерывания роста».

Исследование преодолевает давнее препятствие на пути визуализации и анализа нейронов, связанных с глиомами, и демонстрирует способ более широкого изучения взаимодействий между опухолями и нервной системой.

Хси проводила эту работу, когда была научным сотрудником по нейробиологии в лаборатории Бернардо Сабатини и по клеточной биологии в лаборатории Марсии Хайгис в Институте Блаватника в HMS. Хайгис и Сабатини являются соавторами исследования.

Как глиомы взламывают сеть
Глиомы происходят из глии, клеток, которые выполняют важные функции в формировании и поддержании нейронных цепей. Ученые уже знали, что нейроны формируют синапсы на клетках глиомы, но они не могли увидеть, где в мозге находятся другие концы этих нейронов (тела клеток). Это скрывало идентичность нейронов.

Хсие и его команда успешно отследили нейроны, иннервирующие глиому, до их источников, используя вирус бешенства, разработанный для заражения только определенных интересующих клеток и активации этих клеток при попадании в них. Вирус перемещается из опухолевой клетки обратно через нейрон, который с ней соединяется.

Исследователи ввели клетки человеческой глиомы в мозг мышей и подождали, пока нейроны не соединятся с опухолями. Затем они применили вирус бешенства, чтобы осветить интересующие их клетки. Вскоре у них появилась фотография, освещающая мозг мыши, на которой были видны все светящиеся нейроны, которые привели к глиоме.

Карты показали, что глиомы встраиваются в существующие схемы нейронных связей.

«Провода уже есть; глиомы просто подключаются к ним», — сказал Хсие. «Они захватывают то, что уже есть, а не формируют свои собственные произвольные соединения».

Исследователи обнаружили, что эти нейроны берут начало в разных частях мозга.

«Они проходят весь путь от внутренней части мозга до опухоли», — сказал Хси. «Удивительно, как функционирует нейронная сеть и как эти суперстрашные опухоли интегрируются и проникают во всю нервную систему».

Раскрытие тайных идентичностей нейронов
Команда обнаружила, что большинство нейронов, иннервирующих глиому и простирающихся от дальних уголков мозга, относятся к типу, который вырабатывает глутамат — основное мозговое химическое вещество, возбуждающее нейроны. Это открытие согласуется с предыдущими наблюдениями о том, что возбуждение нейронов стимулирует рост глиомы и что связь нейронов с глиомой включает глутамат.

Однако подмножества далеко идущих нейронов, иннервирующих глиому, показали признаки того, что они производят как глутамат, так и другое химическое вещество под названием ГАМК, которое подавляет нейронную активность. В некоторых областях мозга нейроны, иннервирующие глиому, вблизи места опухоли, по-видимому, были в основном ГАМКергическими.

Результаты показывают, что нейроны, взаимодействующие с клетками глиомы, более разнообразны, чем считается в настоящее время. Последствия этого для роста и распространения опухоли пока неизвестны.

«Мы видим, что опухоль связана со всем. Нам нужно изучить, обеспечивают ли эти связи путь, по которому они могут распространяться повсюду», — сказал Хсие.

Команда исследовала электрические свойства нейронов, иннервирующих глиому, и обнаружила определенные различия между ними и аналогичными нейронами в мозге без глиомы. Такие различия между нормальными и иннервирующими глиому нейронами или между взаимодействиями нейрон-нейрон и нейрон-глиома дают ценные подсказки таким исследователям, как Хсие, которые ищут способы вмешательства в раковые процессы, сохраняя при этом нормальную функцию.

Необходимость разработки методов лечения глиомы является неотложной, сказала Хси. Исследователи пытались лечить глиомы препаратами, которые работают с другими типами рака, но большинство из них потерпели неудачу, отметила она.

«Выявив движущие силы взаимодействия глиомы и нейронов и определив уникальные механизмы, мы можем разработать стратегии по их прерыванию, потенциально останавливая развитие опухолей и предотвращая их повторное появление», — сказал Хсие.

Хотя она знает, что пройдут еще многие годы, прежде чем открытия, сделанные в лаборатории, будут воплощены в методы лечения для ее пациентов с глиомой и других пациентов по всему миру, Хси по-прежнему оптимистично настроена и считает, что эти последние открытия могут помочь продвинуть эту область вперед.

«До клиники еще далеко, — сказала она, — но уже на один дюйм вперед».