«Насколько нам известно, это был первый случай, когда« биомиметическая », искусственная, клеточно-подобная частица, разработанная для имитации иммунного процесса, происходящего в природе, была использована в сочетании с более традиционной иммунотерапией», — говорит Джонатан Шнек, доктор медицинских наук. , Доктор философии, профессор патологии, который руководил исследованием вместе с Джорданом Грином, доктором философии, адъюнкт-профессором биомедицинской инженерии, оба из которых также являются членами онкологического центра Киммела.Сводка результатов их исследования будет опубликована в февральском номере журнала Biomaterials.Ученые знают, что иммунная система — это палка о двух концах.
Если он слишком слаб, люди погибают от вирусов, бактерий и рака; если он слишком сильный, они получают аллергию и аутоиммунные заболевания, такие как диабет и волчанка. Чтобы предотвратить атаку Т-клеток-киллеров иммунной системы, собственные клетки организма отображают белок PD-L1, который «пожимает руку» белку PD-1 на Т-клетках, чтобы сигнализировать, что они друзья, а не враги.
К сожалению, многие раковые клетки учатся этому рукопожатию и отображают PD-L1, чтобы защитить себя. Как только ученые и производители лекарств это выяснили, онкологи начали давать своим пациентам недавно разработанный класс иммунотерапевтических препаратов, включая белок, называемый анти-PD-1, так называемый ингибитор контрольных точек, который блокирует PD-1 и предотвращает прием рукопожатия. место.
Было показано, что блокаторы PD-1 увеличивают выживаемость при раке до пяти лет, но работают только для ограниченного числа пациентов: от 15 до 30 процентов пациентов с определенными типами рака, такими как рак кожи, почек и легких. «Нам нужно работать лучше», — говорит Шнек, который также является членом Института клеточной инженерии.
По словам Шнека, последние несколько лет он и Грин работали над терапией иммунной системы с использованием специальных пластиковых шариков, которые показали перспективу при лечении рака кожи или меланомы у мышей. Они спросили себя, действительно ли комбинация анти-PD1 и их так называемых биомиметических шариков может работать лучше.Изготовленные из биоразлагаемого пластика, одобренного FDA для других применений и снабженного нужными белками, крошечные шарики взаимодействуют с Т-клетками-киллерами как так называемые антигенпрезентирующие клетки (АПК), чья задача — «обучать» Т-клетки. какие угрозы атаковать. Один из белков APC похож на пустой коготь, готовый схватить вражеские белки.
Когда нетренированная Т-клетка взаимодействует с целым когтем APC, эта Т-клетка размножается, чтобы атаковать врага, идентифицированного белком в клешне, объясняет Шнек.«Просто погрузив искусственные APC в тот или иной вражеский белок, мы можем подготовить их к активации Т-лимфоцитов для борьбы с конкретными видами рака или другими заболеваниями», — говорит Грин, который также является частью Института нанобиотехнологий, который занимается созданием такие устройства в Johns Hopkins.Чтобы проверить свою идею комбинированной терапии, ученые сначала «подготовили» Т-клетки и опухолевые клетки, чтобы имитировать сценарий естественной опухоли, но в лабораторных условиях.
В одной пробирке ученые активировали Т-клетки мыши с помощью искусственных APC, отображающих белок меланомы. В другой пробирке они смешали клетки меланомы мыши с молекулой, созданной Т-клетками, чтобы они подготовили свою защиту PD-L1. Затем ученые смешали примированные Т-клетки с примированными опухолевыми клетками тремя разными способами: с искусственными APC, с анти-PD-1 и с обоими.
Чтобы оценить уровень активации Т-клеток, они измерили уровни продукции иммунологической молекулы, называемой гамма-интерфероном. Т-клетки, участвующие в комбинированной терапии, вызвали увеличение гамма-интерферона на 35 процентов по сравнению с одними только искусственными APC и на 72 процента по сравнению с одним анти-PD-1.Затем исследователи использовали искусственные APC, наполненные флуоресцентным красителем, чтобы увидеть, куда будут перемещаться искусственные APC после введения в кровоток. Некоторым мышам они вводили только APC, а другим — APC, сначала смешанные с Т-клетками.
На следующий день они обнаружили, что большая часть искусственных APC мигрировала непосредственно в селезенку и печень, что было ожидаемо, потому что печень является основным центром обмена веществ в организме, в то время как селезенка является центральной частью иммунной системы. Исследователи также обнаружили, что на 60% больше искусственных APC попало в селезенку, если сначала смешать их с Т-клетками, предполагая, что Т-клетки помогли им попасть в нужное место.Наконец, мышам с меланомой делали инъекции опухолеспецифических Т-клеток вместе с одним анти-PD-1, только искусственными APC или анти-PD-1 плюс искусственные APC. Отслеживая образцы крови и размер опухоли, исследователи обнаружили, что количество Т-лимфоцитов увеличилось как минимум в два раза в группе комбинированной терапии, чем при любом одном лечении.
Что еще более важно, они сообщили, что опухоли были примерно на 30 процентов меньше в группе комбинированной терапии, чем у мышей, которые не получали лечения. Мыши также выжили дольше всех в комбинированной группе, 45% из них остались живы на 20-й день, когда все мыши в других группах были мертвы.
«Это было отличным показателем того, что наши усилия по иммуноинженерии или разработке новой биотехнологии для настройки иммунной системы могут работать терапевтически», — говорит Грин. «Сейчас мы оцениваем эту двойную стратегию с использованием искусственных APC, которые дополнительно имитируют формы иммунных клеток, например, формы футбольных мячей и блинов, основанные на нашей предыдущей работе, и мы ожидаем, что они будут работать еще лучше».