Ультраструктура пухлинних клітин - загальна онкологія
Надії, які покладали на електронну мікроскопію як на метод, здатний виявити морфологічні зміни, специфічні для злоякісної клітини, виправдалися не повністю. Критерії, за якими оцінюють ступінь злоякісності новоутворення на ультраструктурному рівні, фактично ті ж, що і при дослідженні з використанням звичайного світлового мікроскопа, а саме: цитологічні зміни, порушення міжклітинних взаємин, наявність инфильтрирующего зростання.
Електронний мікроскоп підняв вивчення будови пухлинних клітин на новий рівень і показав ряд ультраструктурних змін, що відрізняють їх від нормальних аналогів і які будуть недоступні для дослідження на світловому рівні [Ghadially F., 1980 Trump В., Jones R., 1978- Johannessen J., 1982].
Збільшений розмір і неправильність форми ядра пухлинної клітини давно були відомі морфології. Електронний же мікроскоп дозволив виявити з більшою наочністю крайності складних і химерних форм, які можуть приймати ядра пухлинних клітин. Іноді ядро буває настільки сегментований і оточене інвагінації, що приймає вид губки. Неправильність форми ядра є звичайною рисою пухлини, і самі потворні ядра зустрічаються в високозлоякісних новоутвореннях.
Однак, як добре відомо, ядра клітин деяких пухлин можуть бути зовсім маленькими і мати правильну форму навіть на ультраструктурному рівні. Більш того, іноді неправильної форми ядра можна виявити в нормальних тканинах або доброякісних пухлинах. Однак такі винятки рідкісні і не применшують значення висновку про те, що форма ядра злоякісних клітин, як правило, неправильна в порівнянні з нормальними клітинами.
Однією з ультраструктурних характеристик ядра пухлинної клітини, важливою з точки зору проліферації і, отже, зростання пухлини, є збільшення кількості функціонально активного еухроматину і збільшене ядерце (показник активного синтезу рибосомальної РНК і, отже, рибосом і білка).
Внутрішньоядерні включення набагато частіше видно в ядрах пухлинних клітин, ніж в нормальних. Справжній розмір цього феномена і природа цих включень найкраще оцінюються на електронно-мікроскопічному рівні. Більшість ядерних включень містить цитоплазматические структури (органели) і такі включення, як ліпіди і глікоген. Однак переважна більшість цих включень є псевдовключення, так як включений матеріал не лежить вільно в ядерному матриксі, а відділений від нього инвагинацией ядерної оболонки. Факт виявлення псевдовключення в ядрах пухлинних клітин легко пояснюється неправильною формою ядра і численними інвагінації його оболонки.
Справжні включення, коли матеріал лежить в ядерному матриксі, вкрай рідкісні. В якості одного з механізмів утворення істинних включень розглядають потрапляння органел в ядро під час мітозу. Збільшенню цієї події в пухлинах, ймовірно, сприяє велика частота в них патологічних форм поділу.
Мабуть, найбільш постійними і діагностично важливими змінами, виявленими в пухлини, є зміни ядерець, що включають збільшення розміру та кількості їх, а також мінливість і неправильність величини і форми.
Збільшення ядерця - місця синтезу попередників рибосомних РНК - добре відома риса пухлинних клітин, але, на жаль, вона не є критерієм пухлинного стану. Виразність ядерця була відзначена і в нормальних пролиферирующих клітинах, таких як ембріональні стовбурові клітини, а також клітини в культурі тканини. Ядро може переміщатися в межах ядра і в стані активного синтезу білка може лежати поруч з його мембраною. Таке крайове розташування ядерця часто виявляється в пухлинних клітинах, хоча також не є патогномонічним для пухлинного стану (і може зустрічатися в умовах регенерації, в доброякісних пухлинах). Крайове розташування ядерця, на думку багатьох дослідників, полегшує ядерно-цитоплазматичний обмін. Таке розташування та інші зміни ядерця є показником активного синтезу білка, а в разі пухлини - свідчать на користь швидкого зростання поразки, яке зазвичай буває злоякісним.
Хоча постійні або специфічні зміни морфології мітохондрій, які характеризують пухлинне стан, виявити не вдається, можна знайти багато змін, наявність яких дозволяє запідозрити його. Численними дослідженнями було встановлено факт наявності позитивної кореляції між метаболічної активністю тканини і кількістю, розміром мітохондрій, а також розміром, площею поверхні і концентрацією крист в них. У злоякісних же пухлинах ми стикаємося з виключенням з цього правила, так як в метаболічно активної `швидкозростаючою тканини мітохондрії можуть б I ь занадто нечисленними, більш крихкими, ніж в нормі, і поліморфними в тому сенсі, що в одній пухлини або навіть в одній клітці можна знайти великі і маленькі мітохондрії з рідкісними або численними кристами. Одна або кілька з цих особливостей можуть бути вираженими в швидкозростаючих злоякісних пухлинах і менш помітними або навіть сходити нанівець в високодиференційованих і доброякісних новоутвореннях. Цей парадокс невідповідності малої кількості мітохондрій і дефектних мітохондрій швидко зростаючої тканини можна пояснити з точки зору теорії Варбурга про переважання в енергозабезпеченні пухлин гліколізу над диханням.
Добре розвинений шорсткий ендоплазматичнийретикулум є виразом клітинної диференціювання і функціональної активності. Так, незрілі або недиференційовані клітини, такі як стовбурові, бластні, ембріональні і клітини в культурі, мають, як правило, слабо виражений ендоплазматичнийретикулум в порівнянні з їх нормальними зрілими функціонуючими аналогами. У той же час такі клітини, особливо в швидкозростаючих популяціях, зазвичай містять велику кількість вільних полірібосом, що є відображенням активного синтезу ендогенних білків, необхідних для росту і ділення клітин. Отже, існує зворотне співвідношення між кількістю шорсткого ЕПР пухлинних клітин і швидкістю зростання і ступенем злоякісності новоутворення.
Комплекс Гольджі, так само як і шорсткий ендоплазматичнийретикулум, можна розглядати як показник клітинної диференціювання і функціональної активності. У швидкозростаючих клітинах (клітини в культурі, анапластические пухлинні клітини), де акцент робиться на зростанні і розмноженні, а не на диференціювання і функції, комплекс Гольджі розвинений слабо. Чим вище ступінь диференціювання в пухлини, тим більшого розвитку в клітинах, її складових, отримує ця органела.
У більшості випадків гистогенез і класифікація пухлини можуть бути встановлені за допомогою світлової мікроскопії. Однак в ряді випадків діагноз залишається неясним навіть після спеціальних додаткових забарвлень. І ось в такому випадку електронно-мікроскопічне дослідження ураження може бути вельми корисним. На ультраструктурному рівні можна бачити деталі внутрішньоклітинної структури і міжклітинних взаємин, які неможливо розрізнити на світловому рівні. Саме завдяки своїй високій роздільній здатності електронний мікроскоп стає важливим додатковим засобом діагностики пухлин. Однак слід підкреслити, що при цьому він зовсім не замінює світловий мікроскоп, який залишається основним в діагностичній роботі. Обидва методи є скоріше доповнюють один одного, ніж конкуруючими.
Вивчення ультраструктури м`яко-тканинних пухлин людини, що представляють особливу складність в діагностиці, дозволило D. Katenkamp і N. Raikhlin (1985) припустити наявність мультіпотентной мезенхимальной стовбурової клітини-прародительки різних пухлин цієї групи. Уявлення про походження пухлин зі стовбурної клітини знаходиться відповідно до клітинної гетерогенність, що виявляється в багатьох мягкотканних пухлинах. Можливість різної спрямованості диференціювання стовбурової клітини можна бачити в мезенхімома, що складається щонайменше з тканин двох типів, злоякісної Шванноми з локальної дифференцировкой в сторону рабдоміосаркоми, хондро- і остеосаркоми і ін. Крім того, відомо, що остеоїдна і хондроидной структури можуть зустрічатися у всіх фібробластичних і м`язових пухлинах.
Такий погляд на походження пухлин ставить під сумнів гистогенетический підхід до класифікації пухлин м`яких тканин. Однак залишається невирішеним питання, що ж обумовлює вибір напрямку диференціювання стовбурової клітини і, таким чином, розвиток певного фенотипу.
Розвиток скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) за останні кілька років призвело до більш широкого використання цього методу в процесі дослідження і навчання в біології та медицині [Biomedical Research ..., 1979]. Поверхня клітин і тканин, доступна в минулому тільки завдяки трудомістким методикам серійних зрізів і стереометричних реконструкцій, в даний час з легкістю вивчається за допомогою СЕМ. Особливий внесок цього методу обумовлений його здатністю давати безпосередню інформацію про архітектурну організації поверхні великих зразків, що, в свою чергу, необхідно для вивчення морфології як нормальних, так і патологічно змінених клітин і тканин.
Вивчення морфології і поведінки трансформованих клітин за допомогою СЕМ було виконано головним чином в культурі. У численних дослідженнях було показано, що ступінь распластиванія трансформованих фібробластів по підкладці менше, ніж в нормальній культурі [Васильєв Ю. М., Гельфанд І. М., 1981]. При цьому наголошується дефектність ламеллярной цитоплазми, що виражається в зменшенні її площі і зміні морфологічної структури, а також наявність на поверхні трансформованих клітин мікровирости різної форми. При цьому було виявлено зворотне співвідношення між ступенем распластиванія клітин і виразністю мікровирости на поверхні. Вивчення поведінки трансформованих клітин в культурі виявило можливість підповзання однієї клітини під іншу. Ступінь такого підповзання вище в трансформованих культурах, ніж в нормальних, що, ймовірно, зумовлено недостатнім прикріпленням тіла клітини до підкладки. Посіви клітин на малоадгезівние підкладки показали, що у трансформованих клітин порушена здатність вибирати підкладки і тому вони ростуть на цій «поганий» малоадгезівной поверхні, як правило, не утворюючи агрегати.
