Наночастицы с «троянским конём» из морских водорослей помогают снять фиброзный барьер опухолей и усилить иммунотерапию
Учёные из Memorial Sloan Kettering Cancer Center(MSK) разработали наночастицы, способные избирательно воздействовать на небольшую популяцию иммунных клеток, участвующих в формировании фиброзной ткани вокруг опухолей. В экспериментах на мышиных моделях рака печени и лёгкого такой подход разрушал плотный рубцовый барьер, который защищает опухоль от иммунной системы, и делал ранее устойчивые новообразования восприимчивыми к терапии ингибиторами контрольных точек.
Фиброз — это избыточное образование плотной соединительной, или рубцовой, ткани. В опухолях он не только создаёт физическое препятствие для проникновения лекарств и иммунных клеток, но и формирует среду, подавляющую противоопухолевый иммунный ответ. Именно поэтому многие виды рака плохо отвечают на современные методы иммунотерапии, несмотря на их высокую эффективность у части пациентов.
Исследователи выявили особую субпопуляцию макрофагов — клеток врождённой иммунной системы, — которые несут на поверхности белок P-селектин и обладают признаками клеточного старения. Эти клетки составляют лишь около 3–5% клеток фиброзной ткани, однако, как показали эксперименты, играют непропорционально важную роль: поддерживают образование рубцового матрикса вокруг опухоли и подавляют активность соседних иммунных клеток.
Чтобы адресно доставить лекарство именно в такие макрофаги, команда создала наночастицы с покрытием из фукоидана — полисахарида, получаемого из бурых морских водорослей. Фукоидан естественным образом связывается с P-селектином, поэтому частицы преимущественно захватываются нужными клетками. Этот механизм работает как «троянский конь»: макрофаг поглощает наночастицу, после чего заключённое внутри лекарство высвобождается непосредственно в клетке-мишени.
Учёные протестировали два терапевтических груза. Первый — навитоклакс, препарат, запускающий гибель стареющих клеток. Второй — dBET6, ингибитор BET-белков, подавляющий воспалительные и иммуносупрессивные сигналы, которые выделяют эти макрофаги. Оба соединения ранее сталкивались с проблемой системной токсичности при обычном введении, однако доставка в составе фукоидановых наночастиц в исследованиях на мышах позволила направить действие препаратов на целевые клетки и уменьшить нежелательное воздействие на организм.
В моделях рака печени и лёгкого уничтожение или функциональное подавление P-селектин-положительных стареющих макрофагов ослабляло фиброзный барьер вокруг опухоли. Это, в свою очередь, создавало условия для более эффективной работы ингибиторов иммунных контрольных точек — препаратов, которые снимают «тормоза» с Т-клеточного иммунного ответа. Комбинация наночастиц и иммунотерапии приводила к уменьшению опухолей, которые прежде не отвечали на лечение.
«Иммунотерапия может давать поразительные результаты, но сейчас она не работает у подавляющего большинства пациентов, — отметил Скотт Лоу, руководитель программы биологии и генетики рака в MSK и один из руководителей исследования. — Поэтому всё, что способно сделать её более эффективной и доступной для большего числа пациентов, заслуживает внимания».
Авторы также проверили ключевые наблюдения на образцах опухолей лёгкого, полученных от пациентов MSK, и в человеческих онкологических наборах данных. Анализ большой базы профилей иммунных клеток показал, что сходная популяция макрофагов может быть связана не только с опухолями лёгкого, но и с раком молочной железы и колоректальным раком. Кроме того, похожие клетки обнаруживались при хронических воспалительных заболеваниях, включая остеоартрит и ревматоидный артрит.
Потенциальная область применения технологии может оказаться шире онкологии. По словам соавтора работы Авелин Филлиоль, эти клетки имеют общие черты с липид-ассоциированными макрофагами, которые встречаются в атеросклеротических бляшках. В перспективе аналогичную платформу можно будет изучить для лечения заболеваний, связанных с хроническим воспалением, патологическим фиброзом и, возможно, сердечно-сосудистыми нарушениями.
Пока результаты получены преимущественно на доклинических моделях, поэтому говорить о готовом лечении для людей преждевременно. MSK ищет партнёров для коммерциализации разработки и её последующего продвижения в клинические испытания — в первую очередь в онкологии, а затем, возможно, и при других фиброзных и воспалительных заболеваниях. На использование фукоидановых наночастиц для терапии патологий, связанных с клеточным старением, уже опубликована патентная заявка.
Комментарий с разъяснением.
P-селектин не «ест водоросли» Фукоидан — это очищенный сульфатированный полисахарид из бурых водорослей, которым покрывают поверхность наночастицы. Его химическая структура случайно очень удачно имитирует сахаро-содержащие молекулы, с которыми P-селектин умеет связываться в нормальной иммунной физиологии.
Что происходит в норме
P-селектин — это белок адгезии, то есть молекулярная «липучка» на поверхности некоторых клеток. При воспалении он помогает клеткам крови временно прикрепляться к стенке сосуда: P-селектин узнаёт определённые углеводные фрагменты на поверхности лейкоцитов и участвует в их замедлении и выходе в воспалённую ткань.
Его естественный партнёр — не водоросль, а гликопротеин PSGL-1 на лейкоцитах. Важны не происхождение вещества, а форма и заряд его сахарных фрагментов: P-селектин связывает определённые сульфатированные и фукозилированные углеводные мотивы.
Почему подходит фукоидан
Фукоидан богат остатками фукозы и содержит сульфатные группы. Благодаря такому сочетанию он может прочно взаимодействовать с участком P-селектина, который обычно связывает углеводные лиганды иммунных клеток. В экспериментальных работах фукоидан описывают как лиганд P-селектина; он может конкурировать с естественными связывающими партнёрами этого белка.
Иными словами, P-селектин распознаёт не «морские водоросли», а подходящую для него молекулярную поверхность. Это примерно как ключ подходит к замку независимо от того, кто изготовил ключ — растение, клетка или лаборатория.
А почему частица оказывается внутри?
Здесь в новости две стадии, которые легко спутать:
1. Наведение. Фукоидановое покрытие наночастицы связывается с P-селектином на целевых макрофагах. Это увеличивает вероятность, что именно эти клетки удержат частицу у своей поверхности.[2]
2. Поглощение. Макрофаги по своей природе профессионально поглощают крупные частицы, клеточный мусор, микробы и другие объекты. Связывание с поверхностными рецепторами помогает запустить или усилить захват частицы внутрь — эндоцитоз/фагоцитоз. После попадания в клетку наночастица разбирается в её внутриклеточных компартментах, и лекарственный груз высвобождается.
То есть P-селектин в этой конструкции — прежде всего адресная метка и «крючок», который помогает наночастице пристыковаться к нужной группе макрофагов. Само «проглатывание» обеспечивается фагоцитарной природой макрофага и клеточными механизмами захвата частиц, а не тем, что P-селектин является специальным рецептором для поедания водорослей.
Важная оговорка
Фукоидан не абсолютно уникально связывается только с P-селектином: в научной литературе для него обсуждаются взаимодействия и с другими молекулами, включая scavenger-рецепторы макрофагов. Поэтому точнее говорить не о стопроцентной «доставке ровно в одну клетку», а о смещении доставки в сторону P-селектин-положительных, активно поглощающих макрофагов. Реальная селективность и безопасность такого подхода у людей ещё должны быть проверены в клинических исследованиях.
