Баланс основных минералов в клетках влияет на развитие рака

Что такое ионный баланс?

Наши клетки нуждаются в постоянном поддержании баланса ионов — атомов или молекул с электрическим зарядом, таких как натрий, кальций, калий, магний и других. Они необходимы для здорового функционирования клеток. Ионы участвуют в регуляции обмена веществ, поддержании нормального функционирования клеточных мембран и клеточных циклов, а также влияют на рост клеток.

Ионы попадают в организм главным образом через пищу и воду. Например, натрий и калий в основном содержатся в пище, а кальций и магний — в молочных продуктах и овощах. Основные механизмы поддержания ионного баланса включают работу почек, которые регулируют уровень ионов в крови, а также клетки организма, которые могут изменять проницаемость своих мембран для ионов, чтобы сохранять нужное соотношение ионов.

В нормальных условиях клетки организма поддерживают строгий баланс этих ионов, что позволяет сохранять их стабильное состояние и предотвращать нежелательные изменения. Но когда этот баланс нарушается клетки начинают вести себя по-другому, что может привести к ускоренному делению, образованию опухолей и метастазированию.

Как ионы влияют на развитие рака?

Системы регуляции ионного баланса в клетках связаны с множеством клеточных процессов. Нормальные клетки имеют четкие механизмы контроля за содержанием ионов, что помогает поддерживать баланс и регулировать деление клеток. Основная функция этой системы — поддержание оптимального количества клеток в организме путем регулирования внутри- и внеклеточного содержания ионов. В раковых клетках этот процесс нарушается, заряд клеточной мембраны снижается и активируется процесс деления клеток, что ускоряет рост опухолей.

Например, в нормальных клетках количество натрия в клетке всегда должно быть ниже, чем в окружающей среде, в то время как калий должен присутствовать в клетке в высоких концентрациях. Однако в раковых клетках это соотношение часто нарушается — уровень натрия внутри клетки может увеличиваться, а концентрация калия снижаться. Когда уровни ионов нарушаются, это может привести к быстрому росту клеток и изменению их функционального состояния. Повышенные внутриклеточные уровни натрия, кальция и хлорида, а также сниженная концентрация ионов водорода в опухолевых клетках приводят к увеличению объема клеток и стимулируют их деление. Это вызывает увеличение количества опухолевых клеток.

Нарушение ионного баланса

Изменения в ионном балансе приводят к нескольким важным последствиям для клеток. Например, повышенный уровень натрия и сниженный уровень калия в клетках раковой опухоли вызывают её растяжение и увеличивают клеточный объем. Это нарушает мембранный потенциал клеток и активирует молекулы, которые способствуют делению клеток, даже когда этого не должно происходить. Таким образом, рак часто развивается благодаря тому, что клеточные механизмы, регулирующие ионный баланс, выходят из строя.

«Изменения мембранного потенциала клеток играют важную роль в развитии рака. Деполяризация мембраны раковой клетки — процесс, при котором изменяется заряд на её поверхности — может активировать механизмы, способствующие её бесконтрольному делению. Это происходит из-за накопления определённых ионов внутри клетки, что запускает цепочку реакций, поддерживающих рост опухолей. Предполагается, что нормализация мембранного потенциала в клетках организма может стать ключевым компонентом восстановления клеток и лечения рака. При раке нарушается баланс ионов в клетках. Это может привести к различным клеточным сбоям, включая нарушения в генах, что увеличивает вероятность мутаций и более быстрого роста опухолей. Восстановление нормального ионного баланса в клетках может замедлить рост как раковых, так и нормальных клеток. Такой подход может помочь улучшить методы лечения и профилактики рака», — отмечает Татьяна Замай, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН, профессор Красноярского государственного медицинского университета.

Татьяна Замай, дбн, ведущий научный сотрудник Лаборатории цифровых управляемых лекарств и тераностики ФИЦ КНЦ СО РАН. Фото предоставлено Татьяной Замай

Специалисты отмечают, что сейчас разрабатываются новые лекарства с противоопухолевым действием, которые воздействуют на ионных транспортеры и внутриклеточные уровни ионов, например, натрия. Такие препараты воздействуют на ионные каналы и помогают регулировать баланс натрия в клетке. Это позволяет снизить активность опухоли, препятствует метастазированию и может значительно замедлить развитие раковых клеток. В настоящее время такие препараты проходят доклинические и клинические испытания.

Нарушение ионного баланса в клетках — одна из причин, почему рак развивается и распространяется. Однако понимание этого процесса открывает новые горизонты для поиска более эффективных методов лечения. Восстановление нормального ионного баланса может стать важным шагом к созданию новых подходов в терапии рака, что, в свою очередь, дает надежду на улучшение результатов лечения и профилактики этого опасного заболевания.