Методы экспериментальной онкологии

Рождение экспериментальной онкологии связывают с 1876г., когда М.А.Новинскому впервые удалось перевить опухоль (саркому) от взрослой собаки щенку. Автор этого эксперимента является основателем метода эксперименатльного воспроизведения опухолевого роста. Метод индуцирования – моделирование опухолевой болезни с помощью воздействия на организм химических, физических и биологических канцерогенов; такие опухоли называются индуцированными. Основоположники метода были японские исследователи Ямагива и Ичикава (1914-1916) апплицируя каменноугольную смолу на кожу уха кролика в течение длительного времени, вызывали формирование плоскоклеточной карциномы. Метод эксплантации (от лат. ех – из, вне и planto – сажаю) – выращивание, культивирование клеток опухоли вне организма в специальных флаконах с питательной средой, содержащихся при определенной температуре. Первую культуру рака шейки матки человека – Hela – по инициалам женщины – донора опухолевых клеток (Helen Lane) получил в 1950г. Дж. Гейем. Позже был получен целый ряд культур опухолей человека: рака желудка (Cave), поджелудочной железы (Capa) и многие другие. Велика роль метода эксплантации в изучении этиологии и патогенеза опухолей, оценки действия противоопухолевых биологически активных веществ, в том числе предлагаемых для лечения больных.

Этиология опухолей

Опухоли полиэтиологичны. Причиной их развития могут быть различные факторы – канцерогены химической, физической, биологической природы, в основе действия которых лежит повреждение ДНК клетки, а именно, мишенью канцерогенного действия являются гены, регулирующие клеточное деление. Эффект «мишени» указывает на то, что безопасных доз канцерогенов не существует.

Химические канцерогены принято делить на экзогенные и эндогенные. К экзогенным химичким канцерогенам относятся вещества различных классов химических соединений: полициклические ароматические углеводороды (бензантрацен, фенантрен, 3,4-бензпирен и др.), циклические амины, аминоазосоединения, анилин и анилиновые красители, нитрозосоединения и др. Первые сведения о роли экзогенных химических соединений в развитии опухоли появились в XVIII в., когда в Англии был описан "рак трубочистов" – рак кожи мошонки, внутренней поверхности бедер, живота у людей, на протяжении многих лет занимающихся чисткой дымовых труб. Канцерогенный эффект химических соединений определяется химической структурой вещества, особенностями его метаболизма в организме. Так, бетанафтиламин у собак и обезьян вызывает развитие опухоли мочевого пузыря, у мышей и крыс опухоли не возникают. Это связано с тем, что бетанафтиламин является лишь проканцерогеном, и канцерогенное действие оказывает его метаболит – 2-амино-1-нафтол, который образуется в организме собаки, а у мышей и крыс обмен идет по другому пути. В этом плане все канцерогенные вещества подразделяются на «прямые», не требующие метаболической активации, и «непрямые», или проканцерогены. После воздействия канцерогенов опухоль возникает спустя длительный латентный период – период канцерогенеза, составляющий 1/3-1/7 продолжительности жизни организма (для человека около 12-18 лет). Усиление, потенцирование действия канцерогенов под влиянием веществ, не обладающих онкогенными свойствами называют коканцерогенезом, а сами вещества – коканцерогенами (например, кротоновое масло). Синканцерогенезом называют совместное комбинированное действие различных канцерогенов.

К эндогенным канцерогенам относятся вещества, образующиеся в организме человека и животных: стерины, в частности, стероидные гормоны (эстрон, эстрадиол); производные ХС (холестадиены, карцинолипины); продукты распада аминокислот триптофана, тирозина и др.

К физическим канцерогенам относятся все виды излучения: рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи, ультрафиолетовые и другие.

Роль биологических канцерогенов отводится, главным образом, онкогенным РНК- и ДНК-содержащим вирусам. Многолетними исследованиями к началу XXI века доказана роль вирусов в происхождении 10% всех злокачественных новообразований в мире (рис. 21, инфекционные агенты). Установлено вирусное происхождение ряда опухолей человека: рака шейки матки, печени, Т-клеточного хронического лимфолейкоза взрослых, лимфомы Беркитта и др. Более многочислен отряд онкогенных РНК-вирусов (ретровирусов). Различают РНК-вирусы – возбудителей лейкозов, лимфом и сарком у птиц и млекопитающих; человеческие Т-клеточные лимфотропные вирусы (HLTV); вирусы рака молочной железы мышей, приматов и др.

Из ДНК-вирусов выделяют вирусы папилломы 16,18,33 типов группы Рapova – возбудителей карциномы шейки матки человека, группы герпеса: тип 4 Эпштейна-Барр – возбудитель лимфомы Беркитта, тип 2 – участвует в развитии карциномы шейки матки человека, тип 8 – возбудитель саркомы Капоши; гепаднавирусы (вирус гепатита В – возбудитель рака печени человека) и др. ДНК-вирусы групп оспы, герпеса, аденовирусов, гепаднавирусов как правило, вызывают инфекционные заболевания, но в определенных условиях могут быть причиной малигнизации клеток. Поэтому вакцинация против вирусных заболеваний человека может служить профилактикой злокачественных опухолей.

В этиологии злокачественных новообразований важную роль играют пол, особенности питания, вредные привычки, гипокинезия, воздействие профессиональных канцерогенов, наследственность и др. (рис.21).

Рисунок 21. Данные эпидемиологических исследований канцерогенных факторов окружающей среды и образа жизни человека, являющихся причинами развития злокачественных опухолей (в % от числа всех злокачественныхъ опухолей)

Наиболее частые злокачественные заболевания у мужчин* – рак легких, желудка, предстательной железы, колоректальный рак, рак печени, рак пищевода; у женщин* – рак молочной железы, шейки матки, колоректальный рак, рак легкого, рак желудка, рак яичников. Таким образом на первом месте у мужчин – заболеваемость раком легких, у женщин – раком молочной железы.

Несомненное значение в формировании опухолевой болезни имеет контакт с профессиональными канцерогенами (с каменноугольными смолами, бензолом, асбестом, при производстве анилиновых красителей, резиновых изделий, асфальтировании дорог и т.п.), являющимися причиной развития 4% всех злокачественных опухолей (рис. 21).

Климатические условия, связанные главным образом с избытком солнечной радиации – ультрафиолетового излучения, могут приводить к развитию рака кожи. Особенно резко возрастает поражаемость раковым процессом кожных покровов у людей, переехавших на постоянное место жительства из северных стран в южные.

Одна треть (35%) всех злокачественных опухолей связана с питанием. Развитию злокачественных новообразований способствуют высокая калорийность пищи, злоупотребление мясными копченостями, консервированными и химически обработанными продуктами, недостаточное потребление овощей, зелени фруктов. Доказано, что ожирение является доминирующим фактором риска для рака эндометрия, повышенная физическая активность снижает риск развития рака толстого кишечника. Механизм ингибирования опухолевого роста, связанного с ограничением употребляемых калорий объясняется снижением пролиферации клеток, стимулирование апоптоза, усилением репарации ДНК, снижением образования свободных радикалов и повреждения ими клеток. Противоопухолевый эффект овощей и фруктов связывают с защитным действием клетчатки, витаминов С, Е, бета-каротина, селена обладающих антиоксидантными свойствами, витамина А, фолиевой кислоты, фитоэстрогенов (изофлавинолов), флавоноидов (квертицин, индолы). Перечисленные БАВ в эксперименте ингибируют развитие опухолей. Витамин С подавляет эндогенное образование в желудке нитрозаминов из поступающих с пищей аминов и нитритов. У людей, потребляющих с пищей много витамина С, снижен риск рака полости рта, гортани, легкого, пищевода, желудка и шейки матки.

Доказана непосредственная связь одной из самых распространенных и вредных привычек – курения табака – с развитием рака легких, гортани, пищевода, желудка, поджелудочной железы, мочевого пузыря, у курильщиков сигар – еще и рака языка, трубок - рака губы. В твердой фазе табачного дыма содержатся десятки химических канцерогенов: бензпирены, бензантрацены, метилхолантрен, нетрозамины и др., а также радиоактивные и токсические элементы (полоний, никель, мышьяк и др.). Сигарету называют полониевой «бомбой». Курение является причиной 30% всех зарегистрированных в мире злокачественных опухолей (рис. 21) и причиной более 90%-95% случаев рака легкого, которым ежегодно в мире заболевают до 1000000 и умирают свыше 800000 мужчин. Особенно неблагоприятна сочетанная приверженность к алкоголю и курению.

На роль наследственности в канцерогенезе указывают повреждения генетического аппарата герминальных (половых) и соматических клеток, что делает их уязвимыми к действию канцерогенных факторов внешней среды, способных инициировать процесс малигнизации. В зависимости от того, в какой клетке произошла мутация – в половой или соматической, рак может быть наследственным и ненаследственным. Наследственные формы злокачественных новообразований встречаются практически при всех локализациях опухолей и в среднем составляют 5-15% всех случаев рака. При эмбриональных неоплазиях у детей (ретинобластоме, нефробластоме) доля наследственных вариантов достигает 30-40%. Убедительно доказана генетическая предрасположенность к опухолевым заболеваниям. Современные достижения молекулярной генетики позволили обнаружить гены наследственной предрасположенности (делетированные гены – супрессоры Rb-1 – при ретинобластоме, WT-1 – при нефробластоме, p53 – при многих формах рака) и выялять лиц с высоким риском развития рака ввиду его наследственной обусловленности (в случае мутирования двух аллелей генов-супрессоров).