Можна застосувати систему противірусного захисту для ефективної імунотерапії раку

Ріс. 1. Механізм дії РНК-ліпоплексної протиракової вакцини. а — РНК у складі ліпоплексу адресно проникають у попередники дендритних клітин, індукують їх дозрівання і міграцію до Т-клітин. Проникнення наночастинок в інші дендритні клітини індукує синтез інтерферону, який сприяє активації Т-клітин. b — трансляція РНК у дендритних клітинах дає антиген, який презентується Т-клітинам. Захоплення наночастинок макрофагами дає другу хвилю інтерферону, в результаті чого Т-клітини повністю мобілізуються проти специфічного антигену. з — мобілізовані Т-клітини атакують клітини пухлини. Малюнок з синопсису до обговорюваної статті в Nature

Німецьким вченим вдалося створити принципово нову протиракову вакцину. Вони запакували матричну РНК генів, специфічних для ракових клітин, в особливі наночастинки і змусили їх адресно проникати в дендритні клітини лімфоїдних тканин. В результаті дендритні клітини «інструктували» Т-лімфоцити і направляли їх в атаку на раковий антиген, тобто на ракові клітини. Випробування на мишах і навіть на пацієнтах, хворих на меланому, показали високу терапевтичну і профілактичну ефективність нової вакцини.

Методи неоперативного лікування раку постійно вдосконалюються. Але навіть такі масові методи, як радіотерапія і хіміотерапія, не завжди досить ефективні і виборчі, володіють побічними ефектами і можуть викликати ускладнення. Наприклад, хіміотерапія цитостатиками дуже важко переноситься пацієнтами.

Останнім часом все більш активно розробляються методи імунотерапії раку та інших важковиліковних захворювань. Так, нещодавно ми обговорювали роботу зі створення бівалентних антитіл стосовно вірусу імунодефіциту людини (Біспецифічні антитіла можуть знищувати приховані резервуари ВІЛ-інфекції, «Елементи», 16.02.2016). Цей метод можна пристосувати і до адресної доставки Т-кілерів до ракових клітин. Але на чужорідні антитіла, які застосовуються в таких системах, може розвинутися небажана імунна відповідь. Тому активно проводяться дослідження, що мають на меті мобілізувати і посилити власну імунну відповідь організму на ракову пухлину, пов’язану з Т-лімфоцитами.

Система клітинного імунітету чудова своєю гнучкістю і ефективністю. Одна з важливих складових цієї системи — так звані антигенпрезентуючі дендритні клітини. Вони локалізовані в лімфоїдних органах (селезінка, лімфовузли, кістковий мозок) і здатні поглинати чужорідні для організму антигени, розщеплювати їх на окремі пептиди і виставляти ці пептиди на своїй поверхні для «огляду» іншими клітинами, насамперед Т-клітинами. Таким чином дендритні клітини ніби «навчають» Т-клітини і направляють їх в атаку на потрібний антиген.

Ріс. 2. Схематичне зображення ліпоплексу. Червоним кольором позначені заряджені гідрофільні головки ліпідів, сірим — ліпідні хвости, синім — молекули ДНК або РНК. Ліпідний компонент у кровотоку захищає нуклеїнову кислоту від розкладання нуклеазами. Малюнок з сайту ru.wikipedia.org

Дендритні клітини представляються ідеальним інструментом для ефективної ініціації та посилення Т-клітинної імунної відповіді на чужорідний антиген. Зазвичай в організмі цей механізм спрямований на нейтралізацію вірусних інфекцій. Але великому колективу вчених з декількох наукових установ у Німеччині вдалося пристосувати його для імунотерапії ракових пухлин. Важливо підкреслити, що це вельми нетривіальний результат, тому що імунна система зазвичай не сприймає ракові клітини як ворогів (погано спрацьовує розпізнавання «свій — чужий», тому що ракові клітини, загалом, «свої»), а також через те, що утворення пухлини часто не супроводжується виділенням якихось специфічних антигенів. Більш того, ракові клітини досить довго еволюціонують всередині організму в постійному контакті з імунною системою, так що на них діє свого роду відбір на здатність протистояти імунній відповіді.

Вчені вирішили не навантажувати дендритні клітини вже готовим антигеном, специфічним для ракових клітин і відсутнім у зрілих нормальних клітинах, а надати їм можливість самим синтезувати його на основі відповідних мРНК. Трудність, однак, у тому, що в кровотоку вільна РНК швидко розкладається активно працюючими нуклеазами. Тому для доставки «антигенних» РНК у попередники дендритних клітин використовувалися спеціальні наночастинки — ліпоплекси (різновид методу ДНК-вакцинації). Це шаровисті структури, в яких ліпідні мембрани захищають мРНК (рис. 2).

Першою проблемою, яку потрібно було вирішити, була адресна доставка цих ліпоплексів в лімфоїдні тканини, де локалізовані дендритні клітини і активуються Т-клітини. Виявилося, що для цього не потрібно додавати нічого зайвого: вченим вдалося підібрати співвідношення мРНК і ліпідів, при яких після внутрішньовенного введення ліпоплексів експресія мРНК спостерігалася практично виключно в лімфоїдних тканинах мишей — селезінці, кістковому мозку і лімфовузлах (рис. 3).

Ріс. 3. b — залежність місця експресії мРНК від співвідношення «ліпід/РНК» (числа над зображеннями мишей). Три праві групи зображень і кругові діаграми показують, що при певному співвідношенні РНК і ліпідів мРНК експресується практично виключно в лімфоїдних тканинах. Spleen — селезінка, lungs — легені, liver — печінка. g — експресія мРНК люциферази, введеної в кров у складі ліпоплексів (нижній ряд), відбувається ізольовано в лімфовузлах (LN) і кістковому мозку (Bones). Вільна РНК (верхній ряд) руйнується в кровотоку, не досягаючи лімфоїдних органів. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Для дослідження біологічних ефектів — відповіді організму на експресію мРНК у дендритних клітинах — спочатку провели модельні експерименти. Ліпоплекси навантажили РНК, що кодує гемагглютинін вірусу грипу. У результаті внутрішньовенного введення таких частинок у селезінці спостерігалося дозрівання дендритних клітин і активація різних типів Т-клітин. Це супроводжувалося характерною для противірусної імунної відповіді активацією експресії інтерферону альфа. Якщо ж ліпоплекси були навантажені мРНК, що кодують фрагмент овальбуміну, яким були мічені клітини меланоми, або кодують глікопротеїн gp70 вірусу лейкемії мишей, то спостерігалася продукція Т-клітин проти цих антигенів і клітин. У результаті триразового введення таких ліпоплексів імунна відповідь «запам’ятовувалася» і забезпечувала захист після трансплантації відповідних пухлинних клітин. Водночас неімунізовані миші гинули протягом 30 днів після трансплантації.

Для визначення ефективності такого лікування на мишах було випробувано ряд ракових моделей. Так, триразове введення ліпоплексів призводило до повного виліковування меланомних метастаз у легенях протягом 20 днів після останньої імунізації (рис. 4). Подібні результати були отримані і на інших моделях, а також на мавпах. Ні у мишей, ні у мавп при введенні ліпоплексів не спостерігалося ніяких неприйнятних побічних ефектів.

Ріс. 4. Придушення зростання агресивних пухлин у мишей в результаті введення вакцини мРНК-ліпоплекс. Мишам вводили культивовані клітини колоректального раку мишей ST26, в які був введений ген люциферази. Ці клітини експресують антиген gp70, якого немає в нормальних клітинах. Верхній ряд у лівій групі зображень — контроль, нижній ряд — миші після регулярної імунізації відповідною вакциною. Вгорі в правій групі зображень — легені мишей контрольною та імунізованою, внизу — біолюмінесцентне зображення цих легенів (див. біолюмінецентний іміджинг ракових клітин in vivo). Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Результати детальних експериментів, проведених на модельних тваринах, дозволили авторам отримати дозвіл і провести випробування нового методу на пацієнтах, хворих далеко просунутою меланомою. Незважаючи на те що вибірка мала (випробування були проведені тільки на трьох пацієнтах), отримані результати вражають і виглядають багатообіцяючими. Ліпоплекси були навантажені мРНК чотирьох різних антигенів, властивих клітинам меланоми, і введені пацієнтам: спочатку мала доза, а потім чотири збільшених дози щотижня. Ін’єкції переносилися пацієнтами досить добре, викликаючи лише симптоми застуди. У всіх пацієнтів спостерігалося посилення синтезу інтерферону альфа і різке збільшення продукції Т-клітин проти введених антигенів. У одного пацієнта спостерігалася регресія метастазів у лімфатичних вузлах. У другого пацієнта, у якого до імунізації були видалені метастази, протягом семи місяців (аж до моменту публікації статті) нових метастазів не спостерігалося. У третього пацієнта, у якого до імунізації було знайдено вісім метастазів в легенях, їх подальшого зростання не відбувалося.

Таким чином, авторам вдалося створити принципово нову вакцину на основі мРНК, яка володіє високим терапевтичним потенціалом. Вперше в історії створення подібних вакцин були проведені випробування не тільки на модельних тварин, але і на хворих, які показали високу протиракову ефективність (хоча, підкреслимо ще раз, дані поки є всього по трьом пацієнтам). Таку вакцину можна приготувати швидко, вона порівняно недорога, а мРНК може кодувати практично будь-який пухлинний антиген. Загалом же, описаний підхід до імунотерапії за допомогою мРНК-наночастинок відкриває нові перспективи в лікуванні раку.

Зрозуміло, запропоновану систему імунотерапії потрібно ще продовжувати досліджувати. Треба з’ясувати її застосовність до інших типів раку, а також випробувати цілий ряд мРНК антигенів, які експресуються в пухлинах, але не в нормальних зрілих клітинах. Слід також дослідити здатність інших клітин імунної системи (нейтрофілів, моноцитів) поглинати наночастинки і активуватися під їх впливом. Робота належить ще дуже велика, але хочеться вірити, що вона дасть хороші результати.

Джерела:

1) Lena M. Kranz et al. Systemic RNA delivery to dendritic cells exploits antiviral defence for cancer immunotherapy // Nature. 2016. V. 534. P. 396–401.

2) Jolanda De Vries, Carl Figdor. Immunotherapy: Cancer vaccine triggers antiviral-type defences // Nature. 2016. V. 534. P. 329–331.

В’ячеслав Калінін