Исследователи обращаются к природе, чтобы победить рак
Ежегодно более 18 миллионов человек в мире слышат диагноз "рак". В США почти половина всех мужчин и более трети женщин столкнутся с какой-либо формой рака в течение жизни, и ежегодно от него умирает более 600 000 человек. Несмотря на миллиарды долларов и бесчисленные новые методы лечения, рак остается непобежденным.
Почему рак — такой грозный противник?
- Гетерогенность: Рак могут вызывать множество факторов (вирусы, канцерогены, генетические мутации). Опухоли у разных пациентов имеют разный набор мутаций, что ограничивает эффективность таргетных препаратов. Кроме того, раковые клетки часто спонтанно развивают новые мутации.
- Сходство со здоровыми клетками: Рак вызывается сбоем в собственных клетках организма, что затрудняет создание препаратов, избирательно поражающих только раковые клетки.
- Сложность биологии: Помимо генетических мутаций, существуют другие факторы, например, способность опухолей годами оставаться в спящем состоянии.
- Уклонение от иммунитета: Рак обладает рядом "уловок", позволяющих ему скрываться от иммунной системы.
Традиционные методы лечения (хирургия, радиация, химиотерапия) часто травматичны. Современная парадигма смещается в сторону более точных подходов: иммунотерапии, нанотехнологий и персонализированной медицины. Ученые Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, объединенные принципом подражания природе, находятся на передовой этих новых подходов.
Улучшенная доставка лекарств — в нашей крови
Химиотерапия системно воздействует на все быстро делящиеся клетки, вызывая тяжелые побочные эффекты. Попытки снизить токсичность с помощью наночастиц, высвобождающих препарат в опухоли, малоэффективны: печень и селезенка отфильтровывают более 99% таких частиц.
Идея Сэмира Митраготри: использовать естественную способность клеток крови избегать фильтрации. Его лаборатория обнаружила, что наночастицы, прикрепленные к эритроцитам мышей, игнорируются печенью и селезенкой. Частицы "сбрасываются" в ткани, когда клетки проходят через узкие капилляры.
Результат: Введение наночастиц, связанных с клетками крови, в сосуд перед легкими человека привело к накоплению 41% частиц в легочной ткани (против обычных <1%). Метод позволяет целенаправленно доставлять препараты в разные органы, включая мозг.
Применение к иммунным клеткам: Технологию "нанорюкзаков" также успешно применяют к моноцитам, которые дифференцируются в макрофаги. Это может решить две проблемы:
- Доставка препаратов глубоко в ткани опухоли.
- Предотвращение "отключения" макрофагов опухолью (до 50% массы опухоли могут составлять неактивные макрофаги). Сигнал через наночастицу может поддерживать макрофаги в активном состоянии.
Создание безопасной гавани для иммунных клеток
Иммуно-онкология — перспективное направление, модифицирующее собственную иммунную систему пациента для борьбы с раком.
Проблема вакцин: Создание противораковой вакцины, полностью работающей внутри тела, — сложная задача. Одобренная FDA в 2010 году вакцина Provenge оказалась коммерчески неуспешной из-за высокой цены и сложного многоэтапного процесса.
Решение Дэвида Муни: Создать искусственный лимфатический узел — биодеградируемую пористую таблетку размером с аспирин для имплантации пациенту. Эта вакцина:
- Привлекает и активирует дендритные клетки с помощью белков, характерных для опухоли пациента.
- Активированные дендритные клетки мигрируют в ближайший лимфоузел и "обучают" другие иммунные клетки (Т-клетки) атаковать опухоль.
- Создает иммунную память для защиты от рецидивов.
После впечатляющих результатов на мышах вакцина прошла фазу 1 клинических испытаний в партнерстве с Dana-Farber Cancer Institute (DFCI). Технологию лицензировала компания Novartis в 2018 году для разработки лечения различных видов рака. Один из пациентов с меланомой остается без признаков рака почти два года после вакцинации.
Улучшение вакцины с помощью ДНК-оригами: Совместный проект Муни и Уильяма Ши направлен на усиление вакцины с помощью наноструктур ДНК-оригами. Эти структуры позволяют с наноточностью расположить лиганды, которые подают дендритным клеткам сигнал опасности.
Цель: Сместить ответ дендритных клеток в сторону более эффективного Т-клеточного иммунного ответа, а не выработки антител. Предварительные данные показывают, что точное расположение лигандов на структурах ДНК-оригами значительно влияет на активацию дендритных клеток нужным образом.
"Дозор" для предотвращения рака
Хроническое воспаление связано с почти 25% всех человеческих раков. Исследования Дональда Ингбера сосредоточены на лечении воспаления в строме (соединительной ткани и сосудах, окружающих органы), а не на прямой атаке опухолей.
Ключевая технология — органы-на-чипе: Микрофлюидные устройства, имитирующие работу человеческих органов (легкое, почка, кишечник, костный мозг и др.) в условиях, близких к физиологическим (кровоток, дыхательные движения и т.д.).
Проект в рамках Grand Challenge от Cancer Research UK: Команда использует органы-на-чипе для:
- Моделирования разных стадий прогрессирования рака с использованием клеток пациентов.
- Изучения взаимодействия стромальных и опухолевых клеток при воспалительном канцерогенезе.
- Поиска новых методов лечения, нацеленных на строму, чтобы вернуть воспаленной ткани здоровое состояние и предотвратить рак.
- Разработки новых диагностик для выявления пациентов с предраковыми состояниями (например, пищевод Барретта), которые могут прогрессировать в рак.
Заключение: Будь то нацеливание на клетки крови, иммунную систему или строму, все эти проекты руководствуются принципом использования существующих биологических элементов как основы для новых терапий. Человеческое тело — это чудо биологической инженерии, и работа с его естественными способностями, а не против них, открывает путь к более эффективным методам лечения сложных заболеваний, таких как рак.