Экспериментальное изучение опухолей

Одним из ценных методов в изучении проблемы опухолевого роста являются экспериментальные исследования.

Трансплантация опухолей. Первые систематические исследования по трансплантации (пересадке) опухолей были произведены М. А. Новинским в 1875 г. Ему удалось перевить щенкам саркому от собак и лошадям - рак от лошади. Особенно благоприятным объектом для экспериментального изучения опухолевого роста (по преимуществу злокачественного) являются крысы и мыши (рис. 64).

Рис. 64. Рак у мышей

Спонтанные опухоли у крыс и мышей могут быть перевиты от одного животного другому. Для перевивки существуют специально выделенные и хорошо проверенные штаммы опухолей, например мышиный рак Эрлиха, крысиная саркома Иенсена, кроличий рак Броуна-Пирс, куриная саркома Роуса и др.

По своим свойствам перевитые опухоли не могут считаться вполне идентичными опухолями человека. Поэтому результаты экспериментальных исследований над перевитыми опухолями нельзя безоговорочно переносить на людей. Однако экспериментальные данные при сопоставлении с результатами клинических наблюдений облегчают понимание генеза опухолей.

Для удачной перевивки необходимо перенести от одного животного другому живую ткань опухоли.

Фактически трансплантация опухоли представляет собой экспериментальный метастаз в организме нового животного. Большая часть клеточных элементов трансплантированных тканей гибнет, но остающиеся в живых, размножаясь, вызывают возникновение опухоли, которая обладает (особенно при первых перевивках) свойствами той опухоли, которая была трансплантирована.

В некоторых случаях не требуется наличия в трансплантате живых клеток для того, чтобы возникла соответствующая опухоль у реципиента. Так бывает, например, при перевивке куриной саркомы Роуса. Перевивка этой опухоли удается также при помощи бесклеточного фильтрата. По-видимому, фактор злокачественности иногда отделим от опухолевых клеток и может привести к малигнизации, т. е. к приобретению нормальными клетками злокачественных свойств. Именно об этом говорят факты возникновения опухолей от воздействия бесклеточных фильтратов из опухолевой ткани.

Данные опытов с перевивкой опухолей привели к некоторым общим выводам о закономерностях возникновения и развития опухолевого роста.

Значение видовой специфичности. Трансплантация удается лишь в случаях перевивок опухоли от одного животного другому того же вида - от крыс крысам, от мышей мышам (видовая специфичность опухоли).

Лишь в некоторых случаях удавалась перевивка от животного одного вида животному другого вида, например перевивка куриной саркомы утятам либо мышиной карциномы - крысам, лишенным селезенки, либо перевивка опухоли одного вида эмбрионам другого.

Однако все эти данные, противоречащие ранее установленным фактам видовой специфичности опухоли, требуют дальнейших, более углубленных исследований, которые могли бы окончательно подтвердить тождественность перевиваемой опухоли с вновь растущей и определить наличие в организме реципиента всех характерных для трансплантата особенностей роста.

На успешную трансплантацию опухолей влияют факторы как внутренней, так и внешней среды.

Влияние внутренних факторов. Ученые неоднократно обращали внимание на значение психической травмы в заболевании опухолями. Депрессия создает неблагоприятный фон для развития и течения опухоли.

Экспериментальные наблюдения над собаками показали, что длительная травматизация нервной системы путем вызывания хронического экспериментального невроза способствует опухолевому росту (развитию папиллом, фибром и сарком). У мышей травматизация нервной системы электрическим током усиливала рост опухолей и ускоряла их возникновение под влиянием канцерогенных веществ, например дибензантрацена (М. К. Петрова).

Различные воздействия на подкорковую область и периферическую нервную систему также оказывали некоторое влияние на развитие трансплантированных опухолей и локализацию метастазов. Об этом свидетельствуют результаты экспериментов с трансплантацией опухолей и последующими добавочными раздражениями нервной системы то в виде перерезки нервов, то в виде воздействия на них формалином или кротоновым маслом, то путем введения в субарахноидальное пространство канцерогенных веществ. Во всех этих случаях эффект заключался в ослаблении или усилении опухолевого роста или в изменениях распределения метастазов опухолей (А. Д. Сперанский и сотрудники).

Состояние глубокого торможения в высших отделах центральной нервной системы ускоряло развитие и метастазирование опухолей, тогда как возбуждение повышало устойчивость к их возникновению (Р. Е. Кавецкий).

Экспериментальные исследования подтверждают наблюдения о влиянии эндокринных желез на возникновение, развитие и исход опухолевого роста.

Наиболее достоверные данные имеются относительно влияния на опухолевый рост половых желез и гипофиза. Кастрация в раннем возрасте самок-мышей, принадлежащих к высокораковой породе, предупреждает развитие рака молочных желез. Инъекция больших доз гормона яичников эстрона усиливает рост и даже вызывает развитие опухолей у самцов. Введение же андрогена (гормон яичек) тормозит развитие опухоли.

Расстройства эндокринной функции половых желез и их влияние на опухолевый рост могут возникать от изменений гонадотропной функции передней доли гипофиза. Оказалось, что мыши низкораковой породы имеют относительно низкий уровень гонадотропной функции гипофиза, а высокораковые животные характеризуются более высокой гонадотропной активностью гипофиза. После удаления гипофиза развитие опухоли заметно тормозится. Введение самототропного гормона гипофиза стимулирует опухолевый рост.

В возникновении и росте экспериментальных опухолей особенно важное значение имеют факторы внешней среды.

Значение питания. Применение различных диет у животных, которым делалась пересадка, показывает, что характер питания имеет значение для развития опухоли. Рост перевитых опухолей у крыс тормозится при кормлении их растительными белками, лишенными лизина, аргинина и гистидина, или желатиной, не содержащей циклических аминокислот. Усиливает опухолевый рост пища, обогащенная углеводами, холестерином и калием. Длительное кормление животных пищей, лишенной тиамина, рибофлавина или холина, может способствовать возникновению рака.

Химические канцерогены. Опухоли удается вызвать в эксперименте воздействием некоторых химических раздражителей.

Посредством длительного (в течение 6 месяцев) смазывания дегтем ушей кроликов удалось получить разрастание раковой опухоли на коже (Ямагива и Ишикава, 1915). Позднее с помощью каменноугольного дегтя рак был получен и у мышей. Эти опыты были вскоре воспроизведены и подтверждены многими исследователями. Некоторые сорта дегтя, как оказалось, обладают высокой активностью и в течение 3 месяцев (после 50 смазываний кожи мышей) вызывают рак почти у всех животных.

Из каменноугольного дегтя при высокой температуре его перегонки (400 - 600°) выделены чистые канцерогенные вещества - полициклические углеводороды, которые впоследствии были получены также синтетическим путем. Они обладают способностью в зависимости от дозы и длительности действия вызывать у животных злокачественные опухоли. Такими канцерогенными свойствами отличаются производные антрацена и фенантрена: 3,4-бензпирен, диметил-1,2-бензантрацен, метилхолантрен и др. (табл. 2).

Таблица 2

Примечание. Плюсами обозначена степень канцерогенности.

Кроме полициклических углеводородов, канцерогенным свойством обладают некоторые другие вещества.

В развитии уже давно известных данных об анилиновом раке ныне обнаружено в экспериментах канцерогенное действие таких веществ, как азосоединения (например, ортоаминоазотолуол, диметиламиноазотолуол), нафтиламин и вещества более простого строения (например, четыреххлористый углерод и хлороформ). К неорганическим канцерогенным веществам относятся соли мышьяка, цинка, хрома, кобальта, бериллий и др. До настоящего времени получено около 500 химических канцерогенных веществ.

При смазывании кожи животных канцерогенными веществами после скрытого периода в несколько месяцев обычно развивается злокачественная опухоль (рис. 65). Резорбция канцерогенных веществ при введении под кожу, внутримышечно, внутрибрюшинно или перорально вызывает рак или саркому в зависимости от того, какая ткань подверглась их воздействию. Чем выше доза вещества, тем быстрее проявляется его канцерогенное действие. Некоторые из этих веществ обладают высокой канцерогенной активностью. В редких случаях даже однократное смазывание 0,6% раствором метилхолантрена в бензоле вызывало у мышей рак.

Рис. 65. Рак у кролика, вызванный канцерогенным веществом (9:10 диметил, 1, 2-бензатрацен). Ухо смазывали этим веществом 2 раза в неделю в течение 29 недель

Однако строгая специфичность канцерогенности этих веществ окончательно не подтверждена.

Злокачественный рост может быть получен трансплантацией не только опухолей, но также нормальной ткани, культивированной в среде с добавлением к ней канцерогенных веществ.

Макрофаги селезенки куриного эмбриона, культивируемые в плазме с прибавлением канцерогенных веществ, превращались в саркоматозные клетки и, будучи введены подкожно курам, вызывали опухолевый рост. Но превращение нормальных клеток в бластоматозные при культивировании их на питательной среде с добавлением канцерогенного углеводорода возможно лишь при наличии также фактора молока (А. Д. Тимофеевский). Например, превращение нормальных клеток подкожной клетчатки мышей в бластоматозные происходит только в том случае, если ткань взята от мышеи раковой линии, т. е. в условиях, когда невозможно исключить наличие в ней фактора молока.

Большинство канцерогенных веществ - производных фенантрена - по своему химическому строению имеют некоторое сходство с эстрогенными гормонами, в частности с фолликулярным гормоном (общее ядро фенантрена). Подобно фолликулину, они оказывают эстрогенное действие (вызывают течку у животных). В особых условиях и фолликулярный гормон может способствовать опухолевому росту, а примененный в больших дозах (в хронических опытах) обладает даже канцерогенными свойствами.

Химическая общность установлена также между канцерогенными углеводородами, с одной стороны, и стеринами, гормонами коры надпочечников, желчными кислотами и витамином D - с другой. Из желчных кислот удалось синтезировать канцерогенный углеводород метилхолантрен. Дезоксихолевая кислота, содержащаяся в нормальной желчи, в условиях эксперимента обладает слабо выраженными канцерогенными свойствами.

При повторном введении мышам вытяжки из печени и легких людей, умерших от рака, а также из печени и легких трупов людей, не болевших раком, было установлено, что у мышей в известном проценте случаев развиваются злокачественные опухоли. При этом опухоли возникали чаще при введении вытяжек из органов людей, болевших раком (Л. М. Шабад).

Значение всех этих наблюдений заключается в том, что они позволяют поставить вопрос о зависимости патогенеза злокачественных опухолей от образования канцерогенных веществ в самом организме в связи с расстройством обмена веществ, особенно обмена стеринов (эндогенные канцерогенные вещества). Однако их роль в возникновении опухолей окончательно не выяснена.

Физические канцерогены. При длительном воздействии механических раздражителей на ткань могут возникать опухоли. Например, у морских свинок рак желчного пузыря возникает через большой промежуток времени после зашивания в него камешков.

Рак у крыс и мышей могут вызывать малые дозы ионизирующего излучения, например γ-лучей. Эти лучи в зависимости от дозы вызывают появление новообразований, ускоряют или тормозят их рост.

В этом отношении особое внимание обращено на заболеваемость опухолями в связи с попаданием в организм различных радиоактивных веществ, например стронция, накоплением их в тканях и длительным действием на организм. Канцерогенное действие радиоактивных веществ зависит от характера излучения (например, от степени жесткости ???-лучей), химической природы изотопов, периода их полураспада, а также скорости выведения из организма.

Существуют отдельные наблюдения, указывающие на возникновение злокачественных опухолей от длительного действия ультрафиолетовых лучей и даже при известных условиях от массивного и длительного облучения солнцем не покрытой шерстью кожи у крыс (Н. Н. Петров). Ультрафиолетовые лучи с длиной волн в пределах 280 - 335 mμ могут вызывать опухолевый рост.

Биологические факторы. Установлена связь между возникновением опухолей и хроническими раздражениями, исходящими от воздействия на организм некоторых биологических агентов.

Так, экспериментальный рак желудка у крыс возникал при кормлении их тараканами, в мускулатуре которых содержались глисты Spiroptera neoplastica. Однако в метастазах опухоли эти паразиты не были обнаружены.

Саркомы печени у крыс вызывались глистами Taenia crassicolis, паразитирующими в кишечнике кошки.

Все эти опыты свидетельствуют о том, что наряду с другими раздражителями макропаразиты также могут вызывать опухоли. Однако их роль сводится лишь к неспецифическим физическим или химическим раздражениям ткани, которые в конце концов и ведут к возникновению бластоматозного роста.

Опухоли у кур удавалось вызывать инъекцией бесклеточного фильтрата куриной саркомы Роуса, т. е. с помощью какого-то агента, отделимого от клеток опухоли (рис. 66). Этот агент обладает признаками, свойственными фильтрующимся вирусам. Например, он способен количественно увеличиваться по мере роста опухоли, переходить в дочерние клетки и даже распространяться в организме животного, т. е. обладает способностью размножения. Химический анализ показал, что вирус представляет собой рибонуклеопротеин с липоидным и углеводным компонентом.

Рис. 66. Вирусные частицы в цитоплазме саркомы Роуса (обозначены стрелками). Я - ядро клетки; Ям - мембрана ядра; Км - клеточная мембрана. Электронная микроскопия; х 45 000 (по В. Бернгарду)

К опухолевым вирусам относят также упомянутый выше фактор молока (Биттнер). В пользу вирусной природы фактора молока приводят его способность размножаться в культурах ткани, физические и химические свойства, отношение к различным внешним агентам (например, термическому воздействию, высушиванию), его ультраструктуру и цикл развития в пораженной клетке, сходные с тем, что свойственно уже известным вирусам. Все же до сих пор нельзя считать окончательно установленным, является этот фактор действительно вирусом или близким вирусам своеобразным продуктом жизнедеятельности опухолевых клеток, обладающим аутокаталитическим действием, или способностью вызывать в новом организме образование себе подобных веществ.

В последнее время у некоторых диких пород кроликов обнаружена опухоль - папиллома, которая перевивается домашним кроликам также при помощи бесклеточного ее фильтрата (папиллома Шопа). Но и здесь возникают сомнения, так как не вполне установлено, является ли эта опухоль истинной опухолью или реактивным разрастанием ткани. Такие разрастания у кроликов могут действительно превращаться в раковые опухоли. Но тогда бесклеточный экстракт образовавшейся таким образом злокачественной опухоли опухолевого роста не вызывает.

Вообще необходимо отметить, что количество достоверно известных вирусов, вызывающих опухоли, пока незначительно. Кроме упомянутых, к вирусным опухолям относят аденокарциному и лейкоз мышей, мышиную опухоль околоушной железы, вызываемую вирусом полиомы, и некоторые другие.

Результаты изучения свойств вируса полиомы поколебали существующее положение о видовой и тканевой специфичности опухолевых вирусов, так как оказалось, что вирус полиомы может вызывать опухоль не только у мышей, но и у некоторых других животных (хомяки, крысы) и притом в разных органах.

Хроническая регенерация и хроническая воспалительная пролиферация. Вызванная воздействием на ткань различных раздражителей хроническая пролиферация или регенерация может дать начало развитию опухолевого роста. Эти предшествующие опухолевому росту изменения рассматриваются многими исследователями как благоприятная почва для появления опухоли.

В связи с этим важно также отметить, что хроническое отравление мышей и крыс дегтем может вызвать усиленное предрасположение таких животных к возникновению опухоли на месте действия какого-либо дополнительного раздражителя (ко-канцероген), например при воздействии подпороговых доз канцерогенных веществ в сочетании с воспалительным агентом (кротоновое масло).

Подверженность отдельных тканей опухолевому росту проявляется также в опытах с растущими вне организма моноцитами и макрофагами селезенки куриного эмбриона, которые чаще других клеток переходят в саркоматозные клетки под воздействием химически чистых канцерогенных веществ в сочетании с бесклеточными фильтратами некоторых опухолей.

Очевидно в возникновении экспериментальных опухолей имеют значение не только внешние факторы раздражения, но также реактивные свойства тканей, в частности размножающиеся пролиферирующие молодые тканевые элементы.

Иммунитет к опухолям. В эксперименте неоднократно пытались доказать существование иммунитета к опухолям на основании возможности возникновения естественно приобретенной устойчивости к ним после самопроизвольного рассасывания спонтанных опухолей. Искусственно приобретенная устойчивость наблюдается после рассасывания ранее привитого кусочка. Иммунитет к опухолям объясняется различно. Одни исследователи в выработке иммунитета решающее значение придают (без достаточных оснований) только местной реакции ткани, окружающей трансплантированную частицу опухоли (так называемая тканевая резистентность). Другие исследователи отвергают это утверждение и главное значение в иммунитете к опухолям приписывают (с большим основанием) иммунобиологическим свойствам организма, в частности по отношению к некоторым нуклеопротеидам, выделенным из опухолей.

Однако строгая специфичность такого иммунитета еще не может считаться доказанной. До сих пор не удалось в связи с перевивкой опухоли обнаружить строго специфические антитела в крови, а также получить пассивный иммунитет к опухолям инъекциями сыворотки крови животного, уже перенесшего заболевание.