Экспериментальная противораковая вакцина производит собственный кислород и усиливает действие Т-клеток

Когда речь идет о приоритетах в жизни, кислород занимает первое место. Люди могут прожить недели без еды и дни без воды. Однако лишите организм возможности дышать, и часы начнут отсчет в течение нескольких минут, так как мозг начнет отключаться. Но этот жизненно важный газ выполняет еще более важную роль, чем вы можете себе представить.

Иммунная система, которая борется с раком с помощью специализированных клеток, таких как Т-клетки, полагается на кислород для осуществления своей атаки.

Теперь профессор Bouvé College of Health Sciences и директор аспирантской программы по фармацевтическим и биомедицинским наукам Стивен Хэтфилд и его коллеги привлекают кислород в борьбу с раком с помощью новой вакцины, разработанной для того, чтобы дать Т-клеткам мощное преимущество.

При участии недавно защитившей докторскую диссертацию по химической инженерии Александры Нуковой в качестве первого автора команда Хэтфилда недавно опубликовала статью в журнале Cell Biomaterials, описывающую вакцину. Она генерирует кислород, вызывая химическую реакцию в месте введения. Она также создает учебную площадку, где Т-клетки получают интенсивный курс по идентификации вражеских клеток, которые они затем могут уничтожить.

Особенность генерирования кислорода вакциной решает одну из основных проблем, связанных с ослаблением защиты организма от рака.

Большинство опухолей содержат области с очень низким уровнем кислорода. Это состояние, известное как гипоксия, действует как скрытое оружие, подрывая атаку иммунной системы еще до ее начала, пояснил Хэтфилд.

Низкий уровень кислорода вызывает накопление аденозина — того же химического вещества, которое сигнализирует о сонливости в мозге. В опухолях аденозин подавляет Т-клетки, фактически усыпляя их прямо на передовой.

"В опухоли находятся Т-клетки, которые должны распознавать и уничтожать раковые клетки, но они этого не делают", — сказал Хэтфилд, имея в виду среду с низким содержанием кислорода в опухоли, которая отключает Т-клетки.

Гипоксия может даже вызвать дезертирство в рядах иммунной системы. Кристиан Марк Якобсен, соучредитель датской биотехнологической компании Kripthonite Therapeutics, отметил, что при низком содержании кислорода иммунные клетки, известные как макрофаги, иногда переходят от борцов с раком к защитникам опухолей, защищая врага, которого они обычно атакуют.

Кроме того, несмотря на то, что вакцины являются перспективной стратегией лечения, сами они связаны с гипоксией в местах введения. Интенсивная клеточная активность использует кислород, препятствуя иммунному ответу, который должна вызвать вакцина.

Новая платформа, разработанная Хэтфилдом и его коллегами, противодействует этому эффекту. Локально генерируя кислород, она приводит иммунные клетки в оптимальное боевое состояние, прежде чем они направятся к опухоли. Гипоксия все равно будет ждать их по прибытии, но они будут лучше подготовлены к борьбе с раковыми клетками.

Вакцина состоит из криогеля — мягкого материала с сетью взаимосвязанных пор. "Крио" означает холод, и название происходит от того, что он формируется при температуре -20°C (-4°F), пояснила Нукова.

Криогель также обладает памятью формы и может быть сжат, чтобы пройти через иглу шприца. Затем он возвращается в первоначальную форму с другой стороны.

Это означает, что необходимо просто укол — без хирургической имплантации, пояснила Нукова.

Попытка противодействовать гипоксии кислородом основана на прорывном открытии, которое команда Хэтфилда сделала более десяти лет назад.

Как они сообщили в журнале Science Translational Medicine в 2015 году, простое дыхание воздухом, обогащенным кислородом, уменьшило гипоксию в месте опухоли и позволило Т-клеткам более эффективно бороться.

"Было большое волнение по этому поводу", — вспомнил Хэтфилд. Дышать больше кислорода для борьбы с раком? Легко понять привлекательность этого подхода. Однако оказалось, что одного дыхания недостаточно для уменьшения гипоксии в раках, которые кислородная кровь с трудом достигает.

Новая вакцина решает проблему с другой стороны. Она подготавливает клетки к успеху с самого начала, а не пытается подавить кислород в саму опухоль.

Сеть пор в криогеле также действует как крошечная учебная станция с областями, в которые могут войти иммунные клетки. Внутри они вступают в контакт с антигенами — белками, которые обучают Т-клетки распознавать и поражать раковые клетки.

У мышей с опухолями, выращенными из клеток рака предстательной железы, вакцина замедлила рост опухоли и увеличила выживаемость с 47 до 76 дней.

Для Нан Чжана, исследователя из Wistar Institute, научно-исследовательского центра биомедицины, этот метод представляет новый способ подхода к борьбе с раком. Вместо того чтобы рассматривать сильный иммунный ответ как конечную цель, он задает вопрос: переходит ли этот ответ в успешную атаку.

"Вакцина может научить Т-клетки распознавать рак, но эти клетки все равно должны достичь опухоли и оставаться эффективными, когда они туда попадут", — сказал он. "Важная часть уравнения — не просто научить иммунную систему, что атаковать, но создать условия, которые позволяют ей добиться успеха", — добавил он.

Вакцины, изготовленные из материалов, аналогичных криогелю, уже продемонстрировали хороший профиль безопасности, сказал Хэтфилд. После обнадеживающих результатов на мышах его команда совершенствует вакцину с целью ее будущего тестирования на людях.