Татьяна Маринович
Не только мыши: какие животные помогают исследовать рак
Множество важных открытий в области онкологии было бы невозможно без опытов на животных. Чаще всего на мышах, но есть и другие виды, благодаря которым наука узнает о раке все больше и изобретает новые способы лечения, а значит, спасения человеческих жизней. Кровь5 – о маленьких и не очень героях из мира животных.
Цифровые технологии стремительно развиваются, но пока не достигли такого уровня, когда наука смогла бы отказаться от экспериментов на животных. Для этого они должны научиться моделировать многообразные и сложнейшие процессы живого организма.
Какие качества делают отдельные виды животных подходящими моделями для изучения? Это небольшой размер, способность быстро размножаться, неприхотливость, генетическая близость к человеку, схожие с ним физиологические процессы и – надо признать, в науке важен и экономический аспект – дешевизна. Идеальный кандидат, все это сочетающий, – мышь.
Удостоенная памятника
Геном мыши на 99% совпадает с человеческим. Эти зверьки сравнительно легко поддаются генетическим модификациям. Лейкоз у них может возникать спонтанно и по своему развитию схож с этим видом рака у человека. Поэтому мыши – распространенная модель при изучении онкозаболеваний и разработке противораковых лекарств.
Уже в первой половине XX века большая часть исследований острого лейкоза проводилась на мышиных моделях.
Чтобы тестировать новые препараты, подопытным животным вводился канцероген, который провоцировал развитие рака крови. Этот метод называется химической индукцией.
Позднее был предложен другой способ. Ученые выводили генетически модифицированные популяции лабораторных мышей, которых отличала высокая предрасположенность к развитию лейкоза. А спустя время, чтобы получать лейкозы определенного типа, зверькам стали пересаживать кроветворные стволовые клетки от их собратьев или человека, больных лейкозом нужного типа, по-другому – онкогенный трансплантат. Сегодня ученые применяют новейшие достижения генной инженерии при изучении разных онкозаболеваний, и мыши по-прежнему модели в таких исследованиях.
Для изучения лейкоза использовались и другие грызуны, а именно крысы (путать с мышами их не стоит, это разные виды). В 1967 году у подопытной крысы с помощью инъекций канцерогена ученые спровоцировали развитие острого миеломоноцитарного лейкоза. Затем раковые клетки были пересажены другим особям, чтобы изучить действие химиотерапии и трансплантации.
Другое исследование на модели крыс, у которых аналогичным образом вызвали развитие лейкоза, дало большее представление о минимальной остаточной болезни, когда некоторое количество опухолевых клеток, оставшихся в организме, может вызвать рецидив.
Возвращаясь к мышам: благодаря экспериментам на них стала понятна важность генетической совместимости при трансплантации. Так, американский генетик Джордж Снелл проводил на мышах опыты по пересадке органов и обнаружил комплекс генов, управляющих работой иммунной системы, – главный комплекс гистосовместимости. За свое открытие он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Сегодня почти 85% всех опытов на животных проводятся на мышах.
Любопытный факт: в благодарность за вклад в науку в новосибирском Академгородке напротив здания Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН установлен памятник лабораторной мыши, вяжущей нить ДНК.
Грызуны не как все
Голые землекопы – существа неординарные. Это единственные хладнокровные млекопитающие. Они могут перенести отсутствие кислорода, не ощущают боли, терпимы к термическим и химическим ожогам. Да и продолжительность жизни у них рекордная для грызунов (в среднем это два-четыре года): они могут прожить до 40 лет.
В 1970-е годы ученые обнаружили, что голые землекопы не болеют раком: их клетки не перерождаются в злокачественные. Трудно найти более подходящую модель для изучения старения и устойчивости к онкозаболеваниям.
Долгое время у исследователей не получалось спровоцировать рак у этих грызунов, а иначе не понять механизм, который защищает их от развития опухолей. Удалось это сделать только в 2020 году ученым из Кембриджского университета. Они вывели 79 клеточных линий различных тканей голых землекопов, а затем с помощью модифицированных вирусов заразили клетки онкогенами. Инфицированные таким образом клетки начали быстро делиться и образовывать опухоли, которые затем пересадили мышам для дальнейшего изучения.
Больше всего ученых интересует, как работает иммунная система голых землекопов, каким образом она защищает этих зверьков от рака и, наконец, как эту их способность можно использовать в иммунотерапии рака.
Неоднозначный вирус
Кролики в сравнении с другими грызунами обладают более совершенной иммунной системой, поэтому опыты на них ценны при изучении иммунодефицитов.
К тому же недавние исследования показали, что кролик еще и перспективная модель в разработке лечения гематологических злокачественных новообразований у человека. Дело в том, что у этих животных есть специфический патоген – вирус миксомы, оспоподобный вирус, не опасный для людей, но опасный для некоторых видов кроликов.
В то время как у североамериканских кроликов этот возбудитель вызывает доброкачественные опухоли кожи, для европейских кроликов он очень заразен и провоцирует вспышки миксоматоза – смертельного воспалительного заболевания.
Такой неодинаковой реакцией разных видов кроликов на вирус миксомы заинтересовались иммунологи.
Результаты их исследований показали, что этот патоген способен не только заражать кроликов, но и убивать раковые клетки. Это свойство вируса ученые теперь пытаются применить при разработке иммунотерапии рака крови.
Редкая модель
Кошек, в отличие от мышей, крыс и кроликов, гораздо реже используют в лабораторных экспериментах. Однако на них проводят исследования отдельных видов рака.
Например, плоскоклеточный рак головы и шеи встречается и у людей, и у кошек.
Причем заболевание у них развивается и метастазирует похожим образом. Поскольку люди и кошки живут в единой среде, хозяева и их питомцы подвергаются одинаковым факторам риска, таким как воздействие табачного дыма, папилломавирусная инфекция и др.
А еще у кошек часто (по сравнению с другими млекопитающими) развиваются онкозаболевания системы крови. Поэтому наблюдения за их развитием у этих животных помогают больше узнать о лейкозах, лимфомах и т. д.
Ближе к человеку
Как бы это ни прозвучало, но свиньи имеют много общего с людьми. Поэтому на них проводят опыты, в том числе при тестировании новых методов диагностики и лечения рака.
Многие онкозаболевания (например, рак молочной железы, колоректальный рак, рак поджелудочной железы, остеосаркома) протекают у свиней с теми же клиническими признаками, что и у людей, и лучше отражают развитие болезни, чем широко используемые мышиные модели.
Сейчас учеными ведутся эксперименты по моделированию на генномодифицированных свиньях развития онкозаболеваний человека. Для этого подопытным животным пересаживают раковые клетки пациентов. Чем лучше наука будет понимать механизм возникновения рака, тем более совершенную терапию против него можно создать.
Золото, а не рыбка
Моделями для исследования рака выступают не только млекопитающие. Например, рыбка данио оказалась даже более удобным организмом для экспериментов, чем та же мышь. Эти маленькие, живучие, простые в уходе рыбки очень быстро развиваются: от оплодотворения до вылупления из икры проходит всего три дня.
Эмбрионы этого вида прозрачные, а генномодифицированные особи могут оставаться прозрачными и после взросления. Поэтому распространение и метастазирование раковых клеток в экспериментах на них можно изучать наглядно. Не менее важные свойства, позволяющие исследователям проводить над рыбками данио различные манипуляции со злокачественными опухолями, – способность к регенерации и отсутствие иммунного отторжения трансплантата при пересадке.
Некоторые виды рака сегодня исследуются как раз на рыбках данио с применением различных технологий генной инженерии.
Сложнее, чем кажутся
В экспериментах используются и совсем примитивные, но ничуть не менее интересные животные, такие как нематоды и плодовые мушки.
Их проще разводить и содержать в лабораториях, чем мелких позвоночных животных, а опыты на них реже вызывают этические споры.
Нематоды широко распространены в качестве моделей для изучения молекулярных механизмов развития онкологических, нейродегенеративных и иммунных болезней, а также для тестирования лекарств против этих заболеваний.
Плодовая мушка-дрозофила, в свою очередь, популярная модель в генетических исследованиях. На них проводятся эксперименты по канцерогенезу – процессу накопления мутаций, ведущему к зарождению и развитию злокачественных опухолей. Плодовые мушки используются, в частности, в исследованиях острого миелоидного лейкоза.
