Медицина
Медицина

Інтерлейкін із клітин в альгінаті за тиждень зменшив пухлини мишей

Американські науковці запропонували лікувати ракові пухлини за допомогою інкапсульованих в альгінат клітин, що виробляють прозапальний цитокін інтерлейкін-2. Досліди на мишах показали, що таке лікування із імплантацією капсул в очеревинну порожнину менш ніж за тиждень призводить до суттєвого зменшення розмірів пухлин колоректального раку та раку яєчників та здатне повністю їх усунути за кілька місяців. Опис результатів та обґрунтування проведення випробувань на людях оприлюднено в журналі Science Advances.

Капсули, що виконують роль живих фабрик інтерлейкіну-2. Jeff Fitlow / Rice University

Капсули, що виконують роль живих фабрик інтерлейкіну-2. Jeff Fitlow / Rice University

Що за цитокіни і як вони допоможуть проти раку?

За час пандемії коронавірусу багатьом стало відомо про цитокіни — сигнальні молекули, які здатні ініціювати та модулювати імунну відповідь в організмі, зокрема сприяючи запальним процесам. При ковіді надмірне їх вироблення може призводити до небезпечного для життя цитокінового шторму. Між тим, у нормі ці сполуки відіграють критично важливу захисну функцію, у тому числі — допомагають імунним клітинам виявляти та знищувати ракові клітини. Через це деякі цитокіни, наприклад, інтерлейкін 2, розглядаються як потенційний засіб імунотерапії раку. Цю речовину вже два десятиліття використовують для лікування меланоми та раку нирок. Однак час напіврозпаду інтерлейкіну-2 в крові вираховується хвилинами, і його вводять у високих дозах для оптимальної ефективності, що збільшує ризик побічних ефектів та обмежує широке застосування терапії. Також при багаторазовому введенні організм пацієнтів може виробляти антитіла до сполуки, через що її ефективність різко зменшується.

Вчені з Університету Райса зі своїми американськими колегами захотіли вдосконалити терапевтичну технологію, основану на використанні інтерлейкіну-2, щоб вона була безпечнішою для пацієнтів та ще ефективнішою.

Який підхід до терапії розглядали науковці?

Вчені подумали, що зменшити токсичність лікувального інтерлейкіну зі збереженням його дієвості можна, якщо замість системного введення застосовувати його місцево. Пухлини в очеревинній порожнині потенційно можна лікувати місцевими ін'єкціями, і однією із властивостей анатомічної структури, що сприяє цьому, є її відділеність від системного кровотоку черевною стінкою. Досліди на людях із метастазами раку яєчників в очеревинній порожнині показали, що таке введення інтерлейкіну-2 допомагає збільшити його концентрацію поблизу пухлин та суттєво зменшити побічні дії. Але лікування вимагає вливань великої кількості (понад літр на тиждень) лікарського розчину, через що автори нової роботи вирішили розробити новий спосіб доставлення препарату в очеревинну порожнину.

Дослідження призвело вчених до ідеї використання живих цитокінових фабрик, як вони їх назвали, які при доставленні до місця дії самі вироблятимуть достатню кількість активної сполуки. Прототип таких фабрик зібрали із людських клітин пігментного епітелію сітківки, яких модифікували таким чином, що вони виробляли бажаний прозапальний цитокін. Життя клітин подовжували інкапсуляцією їх в біосумісні альгінатні мікрочастинки розміром трохи менше одного міліметра, які пропускають крізь себе виділені клітинами сполуки. Науковці показали на мишах, що імплантація таких капсул в очеревинну порожнину дає змогу підвищити місцево концентрацію цитокіну в 30 разів, запобігши його системному накопиченню. Щоб перевірити дієвість підходу в лікуванні, вони імплантували частині піддослідних мишей із пухлинами раку яєчників в очеревинній порожнині по 10, 50, 100 або 200 капсул із клітинами, що виробляють інтерлейкін-2, залишивши інших тварин без лікування для порівняння.

Як вплинули капсули на ракових мишей?

Вже за шість днів після імплантації розміри пухлин у мишей, які отримали 100 або 200 капсул, були меншими в 3,3 та 7,5 раза, якщо порівнювати з нелікованими мишами. На Через 30 днів після втручання ефект був ще більшим: у кожної з 20 оброблених капсулами мишей спостерігалося зменшення розмірів пухлин. Коли порівнювати із нелікованими, то у тих, що отримали 10, 50, 100 та 200 капсул, пухлини були меншими у 3,1, 5, 53 та 147 разів, відповідно. На 75 день усі вони були здоровими та не мали пухлин. Ці тварини також жили суттєво довше за тих, хто не отримав ніякого лікування, або навіть тих, кого лікували лише клітинами сітківки, лише пустими капсулами або системним введенням інтерлейкіну-2.

Розміри пухлин у мишей із 0, 10, 50, 100 та 200 капсулами на 6 (А) та 30 (В) день після їх імплантації. Amanda M. Nash et al. / Science Advances, 2022

Розміри пухлин у мишей із 0, 10, 50, 100 та 200 капсулами на 6 (А) та 30 (В) день після їх імплантації. Amanda M. Nash et al. / Science Advances, 2022

Подібні результати отримали вчені і тоді, коли перевірили на мишах свій підхід щодо лікування метастазів колоректального раку. Уже за тиждень після втручання пухлини лікованих мишей важили вдесятеро менше, ніж у тих, хто не лікувався або отримав лише розчин інтерлейкіну-2. На 15 день після ін'єкції капсул четверо з п'яти мишей були вільними від пухлин і залишалися такими протягом усього 57-денного експерименту, на відміну від контрольних тварин, у яких пухлини були явними і великими. Причому капсули забезпечили не лише лікувальний, а й профілактичний вплив. Вживлення вже вилікованим мишам під шкіру ракових клітин не призвело до утворення нових пухлин, тоді як у п'яти з восьми контрольних тварин виросли видимі великі пухлини за той же час.

А. Пухлини мишей на сьомий день лікування (зверху вниз: нелікованих, лікованих розчином інтерлейкіну-2, лікованих капсулами з клітинами). В і С. Вага пухлин на сьомий день у нелікованих, лікованих розчином інтерлейкіну-2 або капсулами з клітинами мишей. Amanda M. Nash et al. / Science Advances, 2022

А. Пухлини мишей на сьомий день лікування (зверху вниз: нелікованих, лікованих розчином інтерлейкіну-2, лікованих капсулами з клітинами). В і С. Вага пухлин на сьомий день у нелікованих, лікованих розчином інтерлейкіну-2 або капсулами з клітинами мишей. Amanda M. Nash et al. / Science Advances, 2022

Подальші дослідження показали, що терапевтичний вплив капсул обумовлений здатністю інтерлейкіну-2 активувати та сприяти проліферації цитотоксичних імунних клітин, зокрема CD8+ T-клітин, а також допомагає розвиватися Т-клітинам пам'яті, які перешкоджають повторному виникненню пухлин.

Тож вчені вважають, що інкапсульовані клітини, які виробляють цитокіни, можуть бути новим ефективним засобом лікування пухлин. Їхні додаткові досліди на макаках вказують, що метод безпечний і не має ознак токсичності. Науковці також побудували модель, яка показує, що для підтримання терапевтичної концентрації інтерлейкіну-2 протягом двох тижнів людині слід буде імплантувати 5 000 капсул, що складає близько 50 мілілітрів в об'ємі.