Ультраструктура опухолевых клеток - общая онкология
Надежды, которые возлагали на электронную микроскопию как на метод, способный выявить морфологические изменения, специфичные для злокачественной клетки, оправдались не полностью. Критерии, по которым оценивают степень злокачественности новообразования на ультраструктурном уровне, фактически те же, что и при исследовании с использованием обычного светового микроскопа, а именно: цитологические изменения, нарушение межклеточных взаимоотношений, наличие инфильтрирующего роста.
Электронный микроскоп поднял изучение строения опухолевых клеток на новый уровень и показал ряд ультраструктурных изменений, отличающих их от нормальных аналогов и не доступных для исследования на световом уровне [Ghadially F., 1980- Trump В., Jones R., 1978- Johannessen J., 1982].
Увеличенный размер и неправильность формы ядра опухолевой клетки давно были известны морфологам. Электронный же микроскоп позволил выявить с большей наглядностью крайности сложных и причудливых форм, которые могут принимать ядра опухолевых клеток. Иногда ядро бывает настолько сегментировано и окружено инвагинациями, что принимает вид губки. Неправильность формы ядра является обычной чертой опухоли, и самые уродливые ядра встречаются в высокозлокачественных новообразованиях.
Однако, как хорошо известно, ядра клеток некоторых опухолей могут быть совсем маленькими и иметь правильную форму даже на ультраструктурном уровне. Более того, иногда неправильной формы ядра можно обнаружить в нормальных тканях или доброкачественных опухолях. Однако такие исключения редки и не приуменьшают значения заключения о том, что форма ядра злокачественных клеток, как правило, неправильная по сравнению с нормальными клетками.
Одной из ультраструктурных характеристик ядра опухолевой клетки, важной с точки зрения пролиферации и, следовательно, роста опухоли, являются увеличение количества функционально активного эухроматина и увеличенное ядрышко (показатель активного синтеза рибосомальной РНК и, следовательно, рибосом и белка).
Внутриядерные включения намного чаще видны в ядрах опухолевых клеток, чем в нормальных. Истинный размер этого феномена и природа этих включений лучше всего оцениваются на электронно-микроскопическом уровне. Большинство ядерных включений содержит цитоплазматические структуры (органеллы) и такие включения, как липиды и гликоген. Однако преобладающее большинство этих включений является псевдовключениями, так как включенный материал не лежит свободно в ядерном матриксе, а отделен от него инвагинацией ядерной оболочки. Факт обнаружения псевдовключений в ядрах опухолевых клеток легко объясняется неправильной формой ядра и многочисленными инвагинациями его оболочки.
Истинные включения, когда материал лежит в ядерном матриксе, крайне редки. В качестве одного из механизмов образования истинных включений рассматривают попадание органелл в ядро во время митоза. Увеличению этого события в опухолях, вероятно, способствует большая частота в них патологических форм деления.
Пожалуй, наиболее постоянными и диагностически важными изменениями, обнаруженными в опухоли, являются изменения ядрышек, включающие увеличение размера и количества их, а также непостоянство и неправильность величины и формы.
Увеличение ядрышка — места синтеза предшественников рибосомальных РНК — хорошо известная черта опухолевых клеток, но, к сожалению, она не является критерием опухолевого состояния. Выраженность ядрышка была отмечена и в нормальных пролиферирующих клетках, таких как эмбриональные, стволовые клетки, а также клетки в культуре ткани. Ядрышко может перемещаться в пределах ядра и в состоянии активного синтеза белка может лежать рядом с его мембраной. Такое краевое расположение ядрышка часто обнаруживается в опухолевых клетках, хотя также не является патогномоничным для опухолевого состояния (и может встречаться в условиях регенерации, в доброкачественных опухолях). Краевое расположение ядрышка, по мнению многих исследователей, облегчает ядерно-цитоплазматический обмен. Такое расположение и другие изменения ядрышка являются показателем активного синтеза белка, а в случае опухоли — свидетельствуют в пользу быстрорастущего поражения, которое обычно бывает злокачественным.
Хотя постоянные или специфические изменения морфологии митохондрий, которые характеризуют опухолевое состояние, выявить не удается, можно найти много изменений, наличие которых позволяет заподозрить его. Многочисленными исследованиями был установлен факт наличия положительной корреляции между метаболической активностью ткани и количеством, размером митохондрий, а также размером, площадью поверхности и концентрацией крист в них. В злокачественных же опухолях мы сталкиваемся с исключением из этого правила, так как в метаболически активной` быстрорастущей ткани митохондрии могут бы I ь слишком малочисленными, более хрупкими, чем в норме, и полиморфными в том смысле, что в одной опухоли или даже в одной клетке можно найти большие и маленькие митохондрии с редкими или многочисленными кристами. Одна или несколько из этих особенностей могут быть выраженными в быстрорастущих злокачественных опухолях и менее заметными или даже отсутствовать в высокодифференцированных и доброкачественных новообразованиях. Этот парадокс несоответствия малого количества митохондрий и дефектных митохондрий быстро растущей ткани можно объяснить с точки зрения теории Варбурга о преобладании в энергообеспечении опухолей гликолиза над дыханием.
Хорошо развитый шероховатый эндоплазматический ретикулум является выражением клеточной дифференцировки и функциональной активности. Так, незрелые или недифференцированные клетки, такие как стволовые, бластные, эмбриональные и клетки в культуре, имеют, как правило, слабо выраженный эндоплазматический ретикулум по сравнению с их нормальными зрелыми функционирующими аналогами. В то же время такие клетки, особенно в быстрорастущих популяциях, обычно содержат обилие свободных полирибосом, что является отражением активного синтеза эндогенных белков, необходимых для роста и деления клеток. Следовательно, существует обратное соотношение между количеством шероховатого эндоплазматического ретикулума опухолевых клеток и скоростью роста и степенью злокачественности новообразования.
Комплекс Гольджи, так же как и шероховатый эндоплазматический ретикулум, можно рассматривать как показатель клеточной дифференцировки и функциональной активности. В быстрорастущих клетках (клетки в культуре, анапластические опухолевые клетки), где акцент делается на росте и размножении, а не на дифференцировке и функции, комплекс Гольджи развит слабо. Чем выше степень дифференцировки в опухоли, тем большего развития в клетках, ее составляющих, получает эта органелла.
В большинстве случаев гистогенез и классификация опухоли могут быть установлены с помощью световой микроскопии. Однако в ряде случаев диагноз остается неясным даже после специальных дополнительных окрасок. И вот в таком случае электронно-микроскопическое исследование поражения может быть весьма полезным. На ультраструктурном уровне можно видеть детали внутриклеточной структуры и межклеточных взаимоотношений, которые невозможно различить на световом уровне. Именно благодаря своей высокой разрешающей способности электронный микроскоп становится важным дополнительным средством диагностики опухолей. Однако следует подчеркнуть, что при этом он вовсе не заменяет световой микроскоп, который остается основным в диагностической работе. Оба метода являются скорее дополняющими друг друга, чем конкурирующими.
Изучение ультраструктуры мягко-тканных опухолей человека, представляющих особую трудность в диагностике, позволило D. Katenkamp и N. Raikhlin (1985) предположить наличие мультипотентной мезенхимальной стволовой клетки-прародительницы различных опухолей этой группы. Представление о происхождении опухолей из стволовой клетки находится в соответствии с клеточной гетерогенностью, обнаруживаемой во многих мягкотканных опухолях. Возможность различной направленности дифференцировки стволовой клетки можно видеть в мезенхимоме, состоящей по меньшей мере из тканей двух типов, злокачественной шванноме с локальной дифференцировкой в сторону рабдомиосаркомы, хондро- и остеосаркомы и др. Кроме того, известно, что остеоидные и хондроидные структуры могут встречаться во всех фибробластических и мышечных опухолях.
Такой взгляд на происхождение опухолей ставит под сомнение гистогенетический подход к классификации опухолей мягких тканей. Однако остается нерешенным вопрос, что же обусловливает выбор направления дифференцировки стволовой клетки и, таким образом, развитие определенного фенотипа.
Развитие сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) за последние несколько лет привело к более широкому использованию этого метода в процессе исследования и обучения в биологии и медицине [Biomedical Research..., 1979]. Поверхность клеток и тканей, доступная в прошлом только благодаря трудоемким методикам серийных срезов и стереометрических реконструкций, в настоящее время с легкостью изучается с помощью СЭМ. Особый вклад этого метода обусловлен его способностью давать непосредственную информацию об архитектурной организации поверхности больших образцов, что, в свою очередь, необходимо для изучения морфологии как нормальных, так и патологически измененных клеток и тканей.
Изучение морфологии и поведения трансформированных клеток с помощью СЭМ было выполнено главным образом в культуре. В многочисленных исследованиях было показано, что степень распластывания трансформированных фибробластов по подложке меньше, чем в нормальной культуре [Васильев Ю. М., Гельфанд И. М., 1981]. При этом отмечается дефектность ламеллярной цитоплазмы, выражающаяся в уменьшении ее площади и изменении морфологической структуры, а также наличие на поверхности трансформированных клеток микровыростов различной формы. При этом было выявлено обратное соотношение между степенью распластывания клеток и выраженностью микровыростов на поверхности. Изучение поведения трансформированных клеток в культуре выявило возможность подползания одной клетки под другую. Степень такого подползания выше в трансформированных культурах, чем в нормальных, что, вероятно, обусловлено недостаточным прикреплением тела клетки к подложке. Посевы клеток на малоадгезивные подложки показали, что у трансформированных клеток нарушена способность выбирать подложки и поэтому они растут на этой «плохой» малоадгезивной поверхности, как правило, не образуя агрегаты.
