Маркеры опухолевых изменений в нервных тканях, доступные для анализа методами оптической спектроскопии

Декабрь 8, 2015 / Комментарии 0

Как показали исследования, содержание Пп IX в глиальных опухолях головного мозга является высокоспецифичным критерием для демаркации границ опухоли, а также определения степени ее озлокачествления. Пп IX обладает также фотосенсибилизирующими свойствами, приводящими к генерации реактивных форм кислорода при поглощении излучения с характерной длиной волны, что позволяет его использовать как для интраоперационной навигации, так и для проведения фотодинамической терапии.

Пп IX характеризуется достаточно высоким квантовым выходом флуоресценции, что в сочетании с его свойством селективно накапливаться в клетках, характеризующихся ускоренным делением, обуславливает популярность его использования в качестве опухолевого маркера. При этом спектр поглощения Пп IX достаточно широк, чтобы можно было использовать почти любой диапазон видимого спектра для возбуждения его флуоресценции.

Однако в 30% случаев наблюдается лишь незначительное накопление препарата в опухолевых клетках, что обусловлено рядом факторов, таких как уровень глюкозы, насыщение тканей кислородом, уровень кислотности, стадия клеточного цикла. Также в исследовании было показано, что значительное число образцов ткани (около 40%), содержавшее 5-АЛК-индуцированный протопорфирин IX в концентрации не ниже 0,1 мг/мл, не визуализировалось с помощью используемого для интраоперационной навигации видеофлуоресцентного микроскопа.

В связи с вышеперечисленными факторами, затрудняющими интраопераци-онную навигацию с использованием 5-АЛК-индуцированного протопорфирина IX, необходимы дополнительные критерии для интраоперационной диагностики исследуемых тканей. Одним из наиболее широко используемых прогностических критериев при определении степени озлокачествления опухоли является изменение сосудистой структуры и, как следствие, — кровенаполнение опухоли, определяемое, как правило, посредством предоперационной МРТ. Эти же параметры могут быть определены интраоперационно средствами спектроскопии диффузного отражения, что позволяет распространить выводы, основанные на результатах анализа данных предоперационной MPT-диагностики, на результаты спектрального анализа in vivo. Кровенаполнение коррелирует с уровнем васкуляризации и степенью злокачественности глиом, плотность микрососудов в глиоме может быть независимым прогностическим фактором; гипоксия также коррелирует со степенью малигнизации опухоли.

При рассмотрении структурных изменений, происходящих в нервных тканях с развитием глиальных опухолей, необходимо учитывать тот факт, что их основной характеристикой является рост вдоль миелинизированных нервных волокон и кровеносных сосудов без формирования капсулы, что приводит к инфильтрации нормального белого вещества головного мозга опухолевыми клетками. На органо-тканевом уровне организации глиальные опухоли состоят из центральной и перифокальной зон и приводят в процессе развития к смещению, отклонению и разрушению нервных трактов. Центральная зона мультиформной глиобластомы (наиболее злокачественная форма глиальных опухолей) характеризуется развитием некроза в ядре опухоли с сопутствующими деструктивными изменениями миелинизированных нервных волокон. Опухоли без некроза в центре и отека в перифокальной зоне, такие как доброкачественные глиомы (стадии I-II по классификации ВОЗ) или анапластическая астроцитома (стадия III), как правило, имеют более однородную структуру по всему объему

На масштабном уровне тканевой организации следует также учитывать количество и форму клеточных мембран. Как известно, около 50% белого вещества составляют миелиновые оболочки нервных трактов, представляющие собой многослойные мембраны, состоящие из липидного бислоя (70-85% сухого вещества) с протеиновыми включениями (15-30%), что обуславливает высокий показатель преломления этой структуры. Также имеет значение то, насколько развита поверхность мембран астроцитов, поскольку этот фактор изменяется при уплотнении клеток в опухоли и также влияет на рассеяние. Значительный спад индекса фракционной анизотропии в центре глиобластомы обусловлен высокой степенью дезинтеграции нервных волокон и некротическими изменениями, в то время как его более умеренные отклонения наблюдаются в перифокальной зоне, где нервные тракты еще структурированы и наблюдаются интактные клетки глии.

На клеточном уровне мультиформная глиобластома (стадия IV) проявляет такие свойства, как плотноклеточность, атипическое развитие ядер, рост их размеров и плеоморфизм (разнообразие форм). Анапластическая астроцитома, располагающаяся в системе классификации ближе к категории злокачественных, характеризуется повышением клеточной плотности, анаплазией и митозами, однако в меньшей степени, чем глиобластома. Доброкачественные опухоли проявляют умеренное повышение плотности клеток и увеличение размера ядер без проявления клеточной атипии и митотической активности.

На субклеточном уровне наиболее критические изменения происходят с содержанием и структурой митохондрий. В нормальной ткани митохондрии составляют порядка 7-8% от объема клетки. Было показано, что в ткани печени митохондрии оказывают существенное влияние на рассеяние света клеткой. Работы посвященные структурному анализу митохондрий в клетках астроцитарных опухолей посредством электронной микроскопии, показали высокую гетерогенность их расположения в клетке, частичное или полное разрушение крист и уменьшение числа митохондрий.

Кроме того, диагностику состояния тканей, а именно — выявление мультиформной глиобластомы, наиболее часто встречающейся (до 52% первичных опухолей мозга и до 20% всех внутричерепных опухолей) опухоли мозга, можно осуществлять путем определения типа клеточной гибели. Механизмом клеточной гибели в случае мультиформной глиобластомы является коагуляционный некроз, причем его степень есть показатель стадии заболевания. Кроме того, морфологическим признаком мультиформной глиобластомы служат псевдопалисадные клетки. Однако такой способ диагностики проводится ex vivo и требует времени, что не подходит для интраоперационного мониторинга.

Еще одним параметром, позволяющим диагностировать наличие раковых клеток, является более интенсивная аутофлуоресценция внутриклеточного НАДН, возбужденная УФ-излучением. Кроме того, было показано, что время жизни и интенсивность аутофлуоресценции клеточных НАДН и ФАД также являются критерием для обнаружения метаболитов клеток на ранних стадиях развития рака. Стоит, однако, отметить, что в зависимости от типа ткани интенсивность флуоресценции в патологической ткани по сравнению с нормой может как увеличиваться, так и уменьшаться. Таким образом, явление зависимости аутофлуоресценции НАДН от расположения и развития опухоли в ткани требует дальнейшего изучения. Тем не менее, очевидно, что эндогенные флуорофоры, такие как НАДН и ФАД, могут являться молекулярной мишенью для диагностики онкологических заболеваний, в том числе на ранней стадии.

НАДН и ФАД являются важнейшими метаболическими ко-ферментами мозга, и изменение их концентраций в тканях мозга всегда обусловлено возникновением патологии. Следовательно, определение концентраций НАДН и ФАД путем измерения аутофлуоресценции может служить способом диагностики процессов жизнедеятельности биологических тканей мозга, в частности, по изменениям концентраций этих метаболитов можно определить начало процесса канцерогенеза. Существенным плюсом такого способа диагностики является возможность недеструктивного мониторинга концентрационных изменений с помощью оптических методов. Такая методика измерения интенсивностей аутофлуоресценции НАДН и ФАД и оценки состояния тканей и динамики протекающих процессов по изменению количественного соотношения интенсивностей была предложена еще во второй половине XX века. Полученное отношение позволяет качественно оценивать уровень клеточной метаболической активности, и очевидно, что уменьшение этого показателя может являться критерием для выявления раковых клеток.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также