научная статья по теме К ВОПРОСУ ОБ ЭФФЕКТИВНОЙ ОЧИСТКЕ IN VITRO КЛЕТОЧНЫХ СУСПЕНЗИЙ, СОДЕРЖАЩИХ МАЛИГНИЗИРОВАННЫЕ КЛЕТКИ Биология

Текст научной статьи на тему «К ВОПРОСУ ОБ ЭФФЕКТИВНОЙ ОЧИСТКЕ IN VITRO КЛЕТОЧНЫХ СУСПЕНЗИЙ, СОДЕРЖАЩИХ МАЛИГНИЗИРОВАННЫЕ КЛЕТКИ»

БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 6, с. 1121-1124

= БИОФИЗИКА КЛЕТКИ= =

УДК 577.3

К ВОПPОСУ ОБ ЭФФЕКТИВНОЙ ОЧИСТКЕ in vitro КЛЕТОЧНЫХ СУСПЕНЗИЙ, СОДЕРЖАЩИX МАЛИГНИЗИРОВАННЫЕ КЛЕТКИ

© 2014 г. В.А. Намиот, Е.А. Коган*, И .В. Филатов**, М .С. Полищук***,

В.Г. Туманян****, Н.Г. Есипова****

Институт ядеpной физики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова,

119991, Москва, Ленинские горы, 1; *Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова, 119881, Москва, ул. Малая Трубецкая, 8; **Московский физико-технический институт, 141700, Долгопрудный Московской области, Институтский пер., 9; ***Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, 119991, Москва, ул. Губкина, 3; ****Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991, Москва, ул. Вавилова, 32

Поступила в p едакцию 03.09.14 г.

П редложен метод магнитной сортировки клеточных суспензий, способный выделять не только клетки, отличающиеся от остальных наличием на их поверхности какого-либо одного специфического антигена, но и клетки, на которых одновременно присутствует целая группа заданных антигенов. По отдельности каждый антиген из этой группы может присутствовать и на поверхностях клеток, не относящихся к выделяемым, но только одновременное присутствие на поверхности клетки всех заданных антигенов означает, что такая клетка заведомо должна быть отсепарирована. Метод представляет интерес для очистки клеточных суспензий от малигнизированных клеток, в частности, для очистки трансплантата костного мозга при аутотрансплантации при лейкозах.

Ключевые слова: магнитная сортировка клеток, аутотрансплантация при лейкозах, одновременное выявление группы антигенов.

Одной из наиболее грозных особенностей онкологических заболеваний является то, что даже если их лечение и начато на относительно ранних стадиях, очень велика вероятность рецидивов. Причина этого состоит в том, что даже очень небольшое число малигнизирован-ных клеток, не уничтоженных в процессе лечения, может достаточно быстро вновь размножиться и существенно превзойти то их количество, котор ое имелось вначале. Поэтому нужно стараться проводить лечение таким образом, чтобы в организме по возможности вообще не оставалось бы никаких злокачественных клеток. Так, например, если пытаться лечить лейкоз, используя для этого метод аутотрансплантации (это такой процесс, когда пациенту вместо пересадки чужого костного мозга, при которой очень тр удно избежать развития всевозможных осложнений типа имплант против хозяина, пересаживают его собственный костный мозг), то, чтобы избежать рецидива болезни, необхо -димо крайне тщательно очистить трансплант от подобных клеток.

МАГНИТНАЯ С ОРТИРОВКА КЛЕТОЧНЫХ СУСПЕНЗИЙ

В тех случаях, когда требуется относительно быстро и сравнительно дешево очистить суспензию, содер жащую достаточно большое число клеток различных типов, от таких, в которых произошла злокачественная трансфор мация, очень часто используют так называемые магнитные сортеры. Они о снованы на идее магнитной сортировки клеток (впервые предложенной в работах [1,2]), которая со стоит в следующем. Прежде всего, изготавливаются антитела к специфическим антигенам (если таковые имеются), находящихся на поверхности тех клеток, которые надо отсепарировать. Эти антитела пришиваются к носителям, в качестве которых, к примеру, могут быть использованы липосомы, содер жащие магнитные кристаллы, или же сорбент, состоящий из гладких, однородных нетоксичных магнитных шариков, покрытых полистиролом. Далее антитела, связанные с подобным носителем, инкубируются вместе с теми клетками, которые должны быть подвергнуты очистке. При этом они связываются с антигенами на поверхности таких клеток, в результате

чего эти клетки оказываются «облепленными» магнитными частицами. В дальнейшем, после того как произошло связывание, суспензию про -пускают через область с неоднородным магнитным полем. Поле создает силу, действующую на магнитные частицы, которая заставляет двигаться «облепленные» клетки и, таким образом, выводит их из суспензии. В принципе, подобный способ магнитной сепарации позволяет достичь очень высоких степеней очистки.

Но, к сожалению, далеко не всегда на поверхности тех клеток, которые должны быть удалены, найдутся такие специфические антигены, которые отсутствовали бы на поверхности нормальных клеток. В случае же отсутствия подобных специфических антигенов магнитная сортировка (по крайней мере, в изложенном выше варианте) ничего очистить в принципе не может.

И, тем не менее, даже в этом неблагоприятном случае, при отсутствии специфических антигенов на поверхностях малигнизированных клеток, можно, в принципе, так модифициро-вать метод магнитной сепарации, чтобы с его помощью осуществлять очистку различных клеточных суспензий, в частности трансплантата собственного костного мозга больного. Общая идея подобной очистки базируется на подходе, изложенном ранее в работах [3,4]. Этот подход основан на следующем обстоятельстве. Даже если на поверхности малигнизированной клетки присутствуют только те антигены, которые имеются и на нормальных, их сочетания и со став отличаются от того, что есть там. На поверхностях малигнизированных клеток экспресси-руется свой, только им присущий пр офиль антигенов (8иг1асе-апН§еп ехрге88юп рго filing -SEP) [5-7]. Для того, чтобы его охарактеризовать, вводится понятие immunofenotipic signature. П ри этом на поверхностях малигнизиро -ванных клеток можно обнаружить такие молекулярные мишени (такие антигены), которые совместно присутствуют только на них, а на поверхностях нормальных клеток если и встр е-чаются, то лишь по раздельности. (Причина такого явления пока что не вполне ясна, возможно, что это как-то связано с полипотент-ностью или низкой дифференцированностью малигнизированных клеток.)

Представим теперь, что к носителю пришито не одно антитело, а сразу несколько различных антител. При этом каждое из них может комплиментарно связываться со своим антигеном, присутствующим на поверхности малиг-низированной клетки и входящим в группу так называемых «несовместимых» антигенов, которые отличаются тем, что на нормальных клет-

ках одновр еменно не встречаются. Если все эти антитела свяжутся каждое со своим антигеном, присутствующим на поверхности малигнизиро -ванной клетки, то полная энергия связи носителя с этой клеткой Е' будет иметь вид:

e=ye ,(i)

(1)

где Е'(1) - энергия связи г-го антитела с комплиментарным ему антигеном; суммирование производится по всем таким антигенам. В тоже время полная энергия связи носителя с нормальной клеткой Е" также может быть записана в виде суммы, подобной выражению (1), но в данном случае суммирование производится не по всем антигенам, а только по тем, которые присутствуют на поверхности этой клетки. Нетрудно видеть, что должно выполняться неравенство Е' > Е" , причем разность (Е' - Е") (которую мы обозначим как Ер) будет как минимум составлять одну характерную энергию связи антигена и антитела, т. е. величину ~ (0,5 - 1,0) эВ.

Концентрация носителей, связавшихся с клеткой, обратно пропорциональна вероятности их отрыва от ее поверхности. В соответствии с работой [3] эта вероятность пропорциональна

ехр| -

E_ kT I'

(2)

где Е - энергия связи носителя с этой клеткой, Т - температура, к - постоянная Больцмана. Во спользовавшись оценкой (2), можно представить отношение концентраций носителей на поверхностях малигнизированных и нормальных клеток в в виде:

в ~ ехр

( ер ^

kT

(3)

П ри типичных (и даже не самых больших) возможных значениях Ер ~ (0,5 1,0) эВ и Т ~ 300 К имеем в > 105. Этого уже вполне достаточно для надежной очистки клеточных суспензий (и, соответственно, аутотранспланта) от малигнизированных клеток.

В работе [3] были приведены достаточно простые наглядные сообр ажения, позволяющие пояснить, почему в этом случае вероятность того, что носитель будет связан с малигнизи-рованной клеткой, будет столь существенно, на несколько порядков величины, превосходить вероятность того, что он окажется связанным с нормальной. На качественном уровне это мож-

К ВОПРОСУ ОБ ЭФФЕКТИВНОЙ ОЧИСТКЕ in vitro

1123

но понять из следующих рассуждений. Рассмотрим две ситуации. Пусть в пер вой из них имеется клетка, на поверхности которой пр исутст-вуют два различных антигена, каждый из которых связан со своим антителом. Эти два антитела пришиты своими хвостами к единому носителю. Во второй же ситуации на поверхности клетки имеется только один антиген (неважно, какой именно из двух), к которому присоединено одно из антител, пришитых к носителю. Если во второй ситуации произойдет разрыв связи антиген-антитело (это достаточно вероятно в том случае, если энергия такой связи выбрана относительно небольшой), то носитель отойдет от поверхности клетки и связь уже не восстановится. Но если разрыв одной из связей произойдет в первой ситуации, то вторая связь удержит носитель вблизи клеточной поверхности, и через некоторое, относительно короткое время, разорванная связь восстановится. Чтобы носитель отошел от клеточной поверхности в первой ситуации, требуется, чтобы обе связи разорвались бы почти одновременно. Но р аз-рывы связей - это два независимых события, и вероятность того, что они произойдут почти одновременно (она пропорциональна произведению вероятностей каждого из этих событий) оказывается во много раз меньше, чем вероятность единичного р азр ыва. Соответственно, и количество носителей, связанных с поверхностью клеток, будет в пер вой ситуации существенно большим, чем во втор ой.

О ВОЗМОЖНОС ТИ УВЕЛИЧИТЬ ЭФФЕКТИВНОС ТЬ МАГНИТНОЙ СОРТИРОВКИ П РИ ОДНОВРЕМЕННОМ И СПОЛЬЗОВАНИИ ДВУХ РАЗЛИЧНЫ X ТИПОВ НОСИТЕЛЕЙ

В тех случаях, когда степень очистки клеточных суспензий, достижимая с помощью рас-смотр енного выше метода, использующего носители с пришитым к ним набор ом различных антител, оказывается все же ниже того, что нам требуется, существует возможность увеличить ее за счет одновременного использования двух р азличных типов носителей. (Идея использовать два различных типа взаимодействующих между собой наноустройств для того, чтобы находить и унич

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком