Механизмы формирования резистентности клеток рака молочной железы к противоопухолевым препаратам и способы их преодоления
Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект — от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 5−7 классов |
Направление работы: Биотехнология
Авторы работы: ГБОУДО МДЮЦ ЭКТ
Email: Написать
Предметы: Биология, Химия
Классы: 5 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года
|
Актуальность
Всемирная организация здравоохранения выделяет среди наиболее опасных болезней 21-го века диабет и раковые заболевания. По статистике, на сегодняшний день рак – причина каждой шестой смерти в мире, и число случаев заболевания будет продолжать расти (от 14 до 22 миллионов в год). Поэтому исследование в данном проекте посвящено анализу связи этих болезней (диабет и раковые заболевания) и определению перспективных направлений по их профилактике.
Отдельный интерес представляют биологические механизмы опухолевых клеток, которые обуславливают формирование устойчивости к противоопухолевым препаратам. Данные препараты могут иметь достаточный эффект подавления роста и деления клеток рака в многоклеточном механизме, но при повышении концентрации способны нанести непосредственный урон здоровым клеткам.
В данной работе также рассматривается вопрос о том, каким образом можно вернуть чувствительность клеток рака к препаратам, к которым выработалась резистентность.
Цель
Исследование биологических механизмов, обуславливающих резистентность к противоопухолевым препаратам.
Задачи
- Освоить методику ведения клеточных культур.
- Научиться подготавливать питательные среды для культур in vitro.
- Освоить метод MTT-теста для оценки метаболической и пролиферативной активности клеток.
- Описать противоопухолевую активность препарата растительного происхождения на линии клеток MCF-7.
- Вывести резистентную сублинию опухолевых клеток MCF-7/M, путем длительного культивирования на фоне присутствия в питательной среде противоопухолевого препарата.
- Провести сравнительный анализ активности белков внутриклеточного сигналинга линий MCF-7 и MCF-7/M.
- Подобрать условия для восстановления (повышения) чувствительности резистентных клеток рака молочной железы к метформину.
Гипотеза
Агрессивная пролиферация раковых клеток позволяет им сформировать устойчивость к противоопухолевым препаратам, однако, т. к. устойчивость обусловлена перегруппировкой внутриклеточного белкового сигналинга, изменение условий воздействия препарата может восстановить чувствительность.
Описание
Работа над проектом проходила в несколько этапов:
- Освоение методик работы с клеточными культурами (культивация, питательные среды, измерение клеточного роста, анализ активности белков).
- Изучение результатов действия противоопухолевого препарата на линию клеток рака молочной железы для выявления концентрации, при которой клетки гибнут.
- Создание резистентной сублинии рака молочной железы к противоопухолевому препарату.
- Сравнительный анализ устойчивости новой полученной сублинии к противоопухолевому препарату и «родительской» линии клеток.
- Сравнительный анализ активности белков данных линий и их связь с устойчивостью к препарату.
- Восстановление чувствительности сублинии к противоопухолевому препарату за счет снижения уровня сахара в питательной среде.
Методы исследования
- Литературный анализ;
- Культивирование клеток (термостат, инкубатор);
- МТТ-тест (скорость клеточного роста и выживаемость клеток – применяется краситель).
- Электрофорез, вестернблоттинг, иммунопреципитация (лизирование клеток различных сублиний, получение белковых растворов, разгонка белков в геле, анализ активности белков) – спектрофотометр, камера для электрофореза, камера для вестернблоттинга.
Результаты работы/выводы
В результате работы подтвердилась гипотеза, что раковые клетки могут приобретать чувствительность даже к самым сильным противоопухолевым препаратам. Примечательно, что сам препарат метформин изначально использовался как противодиабетический, однако, как показала статистика, снизил количество раковых заболеваний среди людей, которые его применяли.
Зависимость выживаемости клеток MCF-7 при различной концентрации метформина в питательной среде.
Выводы
- Освоена методика ведения клеточных культур.
- Получен навык подготовки питательных сред для культур in vitro.
- Освоен современный метод оценки количественного показателя жизнеспособных клеток MTT-тест.
- Установлена критическая концентрации метформина для клеток рака молочной железы – 20 миллимоль при 96 часах культивации.
- Выведена резистентная сублиния MCF-7/M к метформину за счет длительного культивирования при его присутствии в питательной среде – культивирование 30 суток при 10 миллимолях метформина.
- Выявлено принципиальное различие в активности ключевых белков, отвечающих за возникшую устойчивость в резистентной сублинии MCF-7/M – AMPK, эстрогеновый рецептор.
- Установлено, что при понижении концентрации сахара в питательной среде восстанавливается чувствительность резистентных линий к метформину. Это может повысить эффективность терапии при сочетании с сахороснижающими препаратами и/или особой диетой.
Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы
- ГБОУДО «Московский детско-юношеский центр экологии, краеведения и туризма»
- НИИ канцерогенеза ФГБУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина