В России представили новый способ эффективного воздействия на солидные опухоли
Ученые при помощи трехмерной модели опухолеподобной структуры определили оптимальные условия, при которых CAR-T клетки смогут эффективно действовать против солидных опухолей — онкологических образований, имеющих локальные очаги. Такой подход позволит оценивать эффективность лечения пациентов с солидными новообразованиями и предсказывать риск возникновения побочных явлений, например синдрома цитокинового шторма. Работа выполнена сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Казанского федерального университета (КФУ).
CAR-T-клеточная терапия — это метод лечения онкологии, основанный на использовании собственных клеток пациента. Для этого из пациента извлекают Т-лимфоциты (белые кровяные тельца, реагирующие на чужеродные компоненты в организме) и подвергают их генетической модификации, чтобы научить распознавать и атаковать опухолевые клетки. После этого модифицированные Т-лимфоциты (CAR-T клетки) вводят обратно в организм пациента. Преимущество этого вида терапия заключается в более избирательном подходе и менее токсичном воздействии по сравнению с химиотерапией.
CAR-T клетки способны проникать в плотное опухолевое микроокружение и определять опухолевые клетки посредством физического контакта между химерным антигенным рецептором на поверхности CAR-T клеток и таргетным антигеном на поверхности опухолевых клеток. Однако перед этим CAR-T клетке необходимо преодолеть множество барьеров, выстроенных опухолью. Например, опухолевые клетки могут прятать свои опухолевые «маячки» и притворяться здоровыми, либо биохимическим путем обманывать и ослаблять противоопухолевое действие иммунной системы.
В случае солидных опухолей (например, карцином) задачу осложняет микроокружение, которое не дает CAR-T клетке проникнуть вглубь. Кроме того, опухоль способна подавлять функции иммунных и CAR-T клеток. Все это не позволяет на данный момент одобрить CAR-T терапию для клинического применения против солидных опухолей.
«Суть нашего исследования состояла в определении оптимальных условий, при которых CAR-T клетки смогут эффективно действовать против солидных опухолевых моделей. Для этого с помощью 3D-биопринтера мы создали трехмерную опухолеподобную структуру на основе клеточных линий различных карцином (предстательной железы, молочной железы и легкого). Далее мы добавляли к данным моделям CAR-T клетки и методом лазерной сканирующей конфокальной микроскопии послойно «заглядывали» внутрь, чтобы увидеть проникновение CAR-T клеток и их взаимодействие с опухолевыми клетками. Мы показали, что CAR-T клетки способны довольно эффективно проникать вглубь трехмерной модели солидной опухоли и затем элиминировать опухолевые клетки. При этом в качестве контрольной сравнительной модели применялись плоские монослои тех же опухолевых клеток», — рассказывает научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Индустриальная биофармацевтика» Института фундаментальной медицины и биологии КФУ, кандидат биологических наук Айгуль Валиуллина.
Исследование также показало, что противоопухолевая активность CAR-T клеток напрямую коррелирует с повышением концентрации провоспалительных цитокинов — сигнальных молекул, которые выделяются иммунными и CAR-T клетками для усиления противоопухолевых процессов. Если сигнал становится слишком сильным (например, как при синдроме цитокинового шторма), то чрезмерная активация иммунной системы начинает уничтожать не только опухолевые, но и здоровые клетки, что может привести к гибели пациента.
«Для того чтобы оценить выделение цитокинов в процессе взаимодействия CAR-T и опухолевых клеток, мы применяли метод мультиплексного анализа, который позволяет количественно и качественно определять наличие в растворе одновременно до нескольких десятков различных цитокинов. Мы проанализировали среду, в которой инкубировались клетки, и выяснили, что примерно на 5-й день взаимодействия CAR-T и опухолевых клеток достигается пик уровня провоспалительных цитокинов. В этот же временной период наблюдался максимальный противоопухолевый эффект CAR-T клеток. Таким образом, чем выше был уровень цитокинов, тем агрессивнее CAR-T клетки вели себя против опухолевых и быстрее их уничтожали», — говорит Айгуль Валиуллина.
По словам ученых, разработанный подход в упрощенном виде моделирует ситуацию, возникающую при введении CAR-T клеток онкобольному. Таким образом, используя опухолевые клетки конкретного пациента, можно будет по уровню цитокинов «в пробирке» оценить риск развития у него синдрома цитокинового шторма. И в случае, если такой риск высок — заранее подобрать соответствующую программу лечения, исключив возможные побочные эффекты от применения CAR-T терапии.
«Аналогов у данного подхода пока нет. Поэтому мы надеемся, что в будущем он будет доработан и найдет свое применение в клинической практике при CAR-T терапии пациентов как с гематологическими, так и с солидными опухолями», — сообщает научный руководитель проекта, заведующий НИЛ «Индустриальная биофармацевтика» КФУ Эмиль Булатов.
В настоящее время авторы планируют дорабатывать и постепенно внедрять в клиническую практику разработанные ими лабораторные подходы совместно с ведущими российскими онкологическими центрами и биофармацевтическими компаниями. Проект реализуется в сотрудничестве с биофармацевтической компанией «Изварино Фарма», с которой КФУ разрабатывает промышленную технологию производства CAR-T клеточных препаратов.
Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России, его результаты опубликованы в одном из международных научных изданий.
НИЛ «Индустриальная биофармацевтика» создана в рамках федеральной программы «Развитие человеческого капитала в интересах регионов, отраслей и сектора исследований и разработок» в рамках нацпроекта «Наука и университеты» (направление «Новая Медицина»). Оборудование и реактивы для выполнения проекта также были приобретены за счет средств данной программы.
