Трансплантация митохондрий из клеток злокачественной опухоли человека как метод формирования опухолевого роста в легких лабораторных животных

Цель исследования. Получение опухолевых очагов рака легкого в организме мышей Balb/c Nude путем трансплантации митохондрий, изолированных из злокачественной опухоли человека.

Материалы и методы. Митохондрии рака легкого человека выделяли с применением дифференциального центрифугирования на высокоскоростной рефрижераторной центрифуге. Митохондриальные образцы разводили 0,9 % раствором NaCl до концентрации белка 3 мг на одно животное. Мышам-самцам линии Balb/c Nude (n = 6) в хвостовую вену однократно трансплантировали митохондрии рака легкого. Контролем служили мыши-самцы линии Balb/c Nude (n = 4), которым одноразово в хвостовую вену вводили 0,4 мл физиологического раствора. Всех животных умерщвляли путем декапитации на гильотине через 4 мес. после внутривенной трансплантации митохондрий, изолированных из рака легкого.

Результаты. После введения митохондрий в хвостовую вену мышей не обнаружено изменения поведения животных, окраски покровов; не возникало проблем с дыханием, а также аллергических реакций на введение чужеродного белка. Проблемы с дыханием у мышей с трансплантацией митохондрий возникли в период с 113-х по 123-и сутки, тогда же когда отмечено падение массы тела примерно ≥ 25 %. На препаратах легкого мыши-самца линии Balb/c Nude четко просматривались опухолевые узлы, которые представлены солидными структурами, состоящими из полей, ячеек и тяжей из плотно прилегающих атипичных полиморфных клеток сквамозного эпителия со слабо развитой цитоплазмой, близкие к патоморфологической картина рака легкого человека. Признаками аденокарциномы служили железистои сосочкоподобные структуры и комплексы клеток с крупными ядрышками. Клетки сквамозного эпителия характеризовались выраженной атипией и полиморфизмом. Форма ядер у большинства клеток была неправильная, достигающая больших размеров, окраска неоднородная, ядрышки укрупнены. С достаточно высокой частотой встречались многоядерные клетки, а также патологические митозы с четко обозначенными фигурами деления, что свидетельствовало об их пролиферативной активности.

Заключение. Применение внутривенной трансплантации митохондрий, изолированных из злокачественной опухоли легкого человека, у мышей-самцов линии Balb/c Nude вызывает рост и развитие в организме злокачественных очагов. Этот ранее не известный факт в экспериментальной онкологии, позволяющий проводить изучение новых свойств митохондрий клеток рака человека.

1. Liu W, Cui Y, Zheng X, Yu K, Sun G. Application status and future prospects of the PDX model in lung cancer. Front Oncol. 2023 Mar 24;13:1098581. https://doi.org/10.3389/fonc.2023.1098581

2. Кутилин Д. С., Айрапетова Т. Г., Анистратов П. А., Пыльцин С. П., Лейман И. А., Карнаухов Н. С., Кит О. И. Изменение копийности генов в опухолевых клетках и внеклеточной ДНК у больных аденокарциномой лёгкого. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019;167(6):731–738.

3. Firestone B. The challenge of selecting the ‘right’ in vivo oncology pharmacology model. Curr Opin Pharmacol. 2010 Aug;10(4):391– 396. https://doi.org/10.1016/j.coph.2010.06.012

4. Ibarrola-Villava M, Cervantes A, Bardelli A. Preclinical models for precision oncology. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2018 Dec;1870(2):239–246. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2018.06.004 Epub 2018 Jun 28. Erratum in: Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2019 Dec;1872(2):188292

5. Jing X, Yang F, Shao C, Wei K, Xie M, Shen H, Shu Y. Role of hypoxia in cancer therapy by regulating the tumor microenvironment. Mol Cancer. 2019 Nov 11;18(1):157. https://doi.org/10.1186/s12943-019-1089-9

6. Dong L, Gopalan V, Holland O, Neuzil J. Mitocans Revisited: Mitochondrial Targeting as Efficient Anti-Cancer Therapy. Int J Mol Sci. 2020 Oct 26;21(21):7941. https://doi.org/10.3390/ijms21217941

7. Damaghi M, West J, Robertson-Tessi M, Xu L, Ferrall-Fairbanks MC, Stewart PA, et al. The harsh microenvironment in early breast cancer selects for a Warburg phenotype. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Jan 19;118(3):e2011342118. https://doi.org/10.1073/pnas.2011342118

8. Humpton TJ, Alagesan B, DeNicola GM, Lu D, Yordanov GN, Leonhardt CS, et al. Oncogenic KRAS Induces NIX-Mediated Mitophagy to Promote Pancreatic Cancer. Cancer Discov. 2019 Sep;9(9):1268–1287. https://doi.org/10.1158/2159-8290.cd-18-1409

9. Cogliati S, Frezza C, Soriano ME, Varanita T, Quintana-Cabrera R, Corrado M, et al. Mitochondrial cristae shape determines respiratory chain supercomplexes assembly and respiratory efficiency. Cell. 2013 Sep 26;155(1):160–171. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.08.032

10. Singh B, Modica-Napolitano JS, Singh KK. Defining the momiome: Promiscuous information transfer by mobile mitochondria and the mitochondrial genome. Semin Cancer Biol. 2017 Dec;47:1–17. https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2017.05.004

11. Shanmughapriya S, Langford D, Natarajaseenivasan K. Inter and Intracellular mitochondrial trafficking in health and disease. Ageing Res Rev. 2020 Sep;62:101128. https://doi.org/10.1016/j.arr.2020.101128

12. Walters HE, Cox LS. Intercellular Transfer of Mitochondria between Senescent Cells through Cytoskeleton-Supported Intercellular Bridges Requires mTOR and CDC42 Signalling. Oxid Med Cell Longev. 2021 Jul 31;2021:6697861. https://doi.org/10.1155/2021/6697861

13. Ali Pour P, Hosseinian S, Kheradvar A. Mitochondrial transplantation in cardiomyocytes: foundation, methods, and outcomes. Am J Physiol Cell Physiol. 2021 Sep 1;321(3):C489–C503. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00152.2021

14. Park A, Oh M, Lee SJ, Oh KJ, Lee EW, Lee SC, Bae KH, Han BS, Kim WK. Mitochondrial Transplantation as a Novel Therapeutic Strategy for Mitochondrial Diseases. Int J Mol Sci. 2021 Apr 30;22(9):4793. https://doi.org/10.3390/ijms22094793

15. Russell OM, Gorman GS, Lightowlers RN, Turnbull DM. Mitochondrial Diseases: Hope for the Future. Cell. 2020 Apr 2;181(1):168– 188. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.051

16. Sidarala V, Pearson GL, Parekh VS, Thompson B, Christen L, Gingerich MA, Zhu J, Stromer T, Ren J, Reck EC, Chai B, Corbett JA, Mandrup-Poulsen T, Satin LS, Soleimanpour SA. Mitophagy protects β cells from inflammatory damage in diabetes. JCI Insight. 2020 Dec 17;5(24):e141138. https://doi.org/10.1172/jci.insight.141138

17. Liu Z, Sun Y, Qi Z, Cao L, Ding S. Mitochondrial transfer/transplantation: an emerging therapeutic approach for multiple diseases. Cell Biosci. 2022 May 19;12(1):66. https://doi.org/10.1186/s13578-022-00805-7

18. Егорова М. В., Афанасьев С. А. Выделение митохондрий из клеток и тканей животных и человека: Современные методические приемы. Сибирский медицинский журнал. 2011;26(1–1):22–28.

19. Гуреев А. П., Кокина А. В., Сыромятникова М. Ю., Попов В. Н. Оптимизация методов выделения митохондрий из разных тканей мыши. Вестник ВГУ, серия: химия, биология, фармация. 2015;4:61–65.