Проекты

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
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

  1. Освоить методику ведения клеточных культур.
  2. Научиться подготавливать питательные среды для культур in vitro.
  3. Освоить метод MTT-теста для оценки метаболической и пролиферативной активности клеток.
  4. Описать противоопухолевую активность препарата растительного происхождения на линии клеток MCF-7.
  5. Вывести резистентную сублинию опухолевых клеток MCF-7/M, путем длительного культивирования на фоне присутствия в питательной среде противоопухолевого препарата.
  6. Провести сравнительный анализ активности белков внутриклеточного сигналинга линий MCF-7 и MCF-7/M.
  7. 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:

  1. Освоение методик работы с клеточными культурами (культивация, питательные среды, измерение клеточного роста, анализ активности белков).
  2. Изучение результатов действия противоопухолевого препарата на линию клеток рака молочной железы для выявления концентрации, при которой клетки гибнут.
  3. Создание резистентной сублинии рака молочной железы к противоопухолевому препарату.
  4. Сравнительный анализ устойчивости новой полученной сублинии к противоопухолевому препарату и «родительской» линии клеток.
  5. Сравнительный анализ активности белков данных линий и их связь с устойчивостью к препарату.
  6. Восстановление чувствительности сублинии к противоопухолевому препарату за счет снижения уровня сахара в питательной среде.

Методы исследования

  1. Литературный анализ;
  2. Культивирование клеток (термостат, инкубатор);
  3. МТТ-тест (скорость клеточного роста и выживаемость клеток – применяется краситель).
  4. 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

  1. Освоена методика ведения клеточных культур.
  2. Получен навык подготовки питательных сред для культур in vitro.
  3. Освоен современный метод оценки количественного показателя жизнеспособных клеток MTT-тест.
  4. Установлена критическая концентрации метформина для клеток рака молочной железы – 20 миллимоль при 96 часах культивации.
  5. 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.
  6. Выявлено принципиальное различие в активности ключевых белков, отвечающих за возникшую устойчивость в резистентной сублинии MCF-7/M – AMPK, эстрогеновый рецептор.
  7. 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

  1. ГБОУДО «Московский детско-юношеский центр экологии, краеведения и туризма»
  2. НИИ канцерогенеза ФГБУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина