Без пробирки
Российские ученые учат иммунные клетки бороться с раком прямо в организме
Научно-технологический университет «Сириус» объявил о старте проекта, который может стать важным шагом в развитии отечественной персонализированной медицины. Технология предполагает модификацию собственных Т-лимфоцитов пациента для уничтожения раковых клеток.
Фото: Евгений Разумный, Коммерсантъ
Фото: Евгений Разумный, Коммерсантъ
В отличие от существующих методов, требующих сложных манипуляций с клетками в лаборатории, ученые «Сириуса» разрабатывают метод, позволяющий модифицировать собственные Т-лимфоциты внутри организма для борьбы с раковыми клетками. Исследователям уже удалось достичь значимых первых результатов, которые показывают высокую эффективность модифицированных клеток в уничтожении опухолевых в лабораторных условиях. Это открывает путь к более доступному, быстрому и безопасному лечению онкологических заболеваний.
Онкологические заболевания остаются одной из ведущих причин смертности населения России, особенно в условиях старения населения и увеличения факторов риска, таких как хронические болезни ЖКТ, неправильное питание, малоподвижный образ жизни и воздействие канцерогенов. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире диагностируется более 18 млн случаев рака, и число это продолжает расти.
Одним из перспективных направлений лечения онкологических заболеваний является CAR-T-терапия. Этот инновационный метод основан на модификации собственных Т-лимфоцитов пациента: в них внедряется искусственный рецептор (CAR), способный распознавать и уничтожать определенный тип опухолевых клеток. В результате лимфоциты пациента при таком подходе к лечению становятся способными уничтожать именно опухолевые клетки, не повреждая здоровые ткани.
До настоящего времени этот сложный процесс проходил вне организма: иммунные клетки извлекали из крови пациента, модифицировали в лаборатории, а затем возвращали обратно. Метод до сих пор не получил широкого применения в клинической практике. Ведь процедура многоступенчатая, требует специального высокотехнологичного оборудования, является достаточно дорогостоящей и занимает много времени.
Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые Научного центра трансляционной медицины Научно-технологического университета «Сириус» разрабатывают технологию, позволяющую обучать Т-лимфоциты бороться с заболеванием прямо внутри организма пациентов. Это даст возможность сделать лечение более доступным, быстрым и безопасным.
Исследователи добавляют к Т-клеткам специальный «сенсор» — так называемый химерный антигенный рецептор (CAR), который помогает им распознавать опухолевые клетки по характерным маркерам на поверхности. Специалисты ориентировались на особый белок, который находится на поверхности раковых В-лимфоцитов (CD19). Пораженные болезнью лимфоциты вызывают лимфому — злокачественную опухоль крови и лимфатической ткани. CAR-T-клетки были сконструированы таким образом, чтобы они могли распознавать белок CD19 и уничтожать только те клетки, на поверхности которых он образуется. Другой перспективной мишенью стали маркеры плазматических клеток крови. При их злокачественной трансформации развивается множественная миелома — редкая, но тяжелая форма рака крови.
Специалисты ввели в Т-лимфоциты временную генетическую «инструкцию» в виде мРНК, которая учит их распознавать и атаковывать раковые клетки. Эта инструкция заставила клетки вырабатывать особый белок — CAR-рецептор, который помогает им находить опухолевые клетки по специальной метке и уничтожать их. После того как задача была выполнена, инструкция исчезла сама по себе, оставив клеткам лишь временное «обучение». Разработанный подход позволяет настраивать иммунитет на борьбу с раком без сложных процедур извлечения и изменения клеток вне организма. В результате полученные таким образом клетки успешно убивали опухолевые клетки в пробирке, что стало важным доказательством идеи ученых и позволило им перейти к следующему этапу исследований.
«Мы показали, что временная перепрограммировка иммунных клеток с помощью мРНК помогает им быстрее и эффективнее уничтожать раковые клетки. Теперь мы планируем проверить, как этот метод работает в организме человека, а не только в пробирке. Если все пройдет успешно, это может стать важным шагом в лечении рака, более точным и подходящим каждому пациенту индивидуально»,— рассказывает Максим Баранов, PhD, ведущий научный сотрудник направления «Медицинская биотехнология» Научного центра трансляционной медицины Научно-технологического университета «Сириус».
Проект реализуется благодаря государственной программе научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».
Максим Баранов, PhD, ведущий научный сотрудник направления «Медицинская биотехнология» Научного центра трансляционной медицины Университета «Сириус», ответил на вопросы «Ъ-Науки»:
— В чем заключается суть нового метода CAR-T-терапии, разрабатываемого в «Сириусе»?
— Наш проект в университете «Сириус» направлен на разработку вирусных и невирусных платформ для генерации CAR-T-клеток непосредственно в организме пациента (in vivo). Суть метода заключается в доставке генетической инструкции для создания химерных антигенных рецепторов (CAR) в Т-лимфоциты без необходимости их извлечения и модификации вне организма. Мы используем два подхода: лентивирусные частицы, несущие экспрессирующую кассету CAR и декорированные белками (scFv или мультидоменные комплексы) для таргетинга Т-клеток, и липидные наночастицы (LNP), содержащие мРНК, кодирующую CAR, с белковой декорацией для специфического связывания с Т-клетками. Это позволяет программировать Т-лимфоциты для распознавания раковых клеток прямо в организме, упрощая процесс и снижая затраты по сравнению с традиционной ex vivo CAR-T-терапией.
— Чем отличается технология «Сириуса» от существующих методов CAR-T-терапии?
— Традиционная CAR-T-терапия требует извлечения Т-клеток пациента, их генетической модификации в лабораторных условиях и последующего возвращения в организм, что является дорогостоящим и длительным процессом. Наша технология позволяет генерировать CAR-T-клетки in vivo, минуя стадию экстракции клеток. Мы используем лентивирусные векторы и LNP с мРНК, которые специфически таргетируют Т-клетки благодаря поверхностным белковым комплексам, связывающимся с маркерами Т-клеток. Ключевое новшество — возможность прямой модификации Т-клеток в организме, что снижает сложность производства, стоимость и время подготовки терапии. Кроме того, мРНК-подход обеспечивает временную экспрессию CAR, минимизируя риски побочных эффектов, таких как цитокиновый шторм (CRS) или нейротоксичность (ICANS).
— Какие преимущества дает модификация Т-лимфоцитов внутри организма по сравнению с традиционным подходом?
— Модификация Т-лимфоцитов прямо в организме пациента открывает новые перспективы в лечении онкологических заболеваний. Этот подход устраняет необходимость сложных и длительных лабораторных манипуляций с клетками, сокращая время подготовки терапии с недель до нескольких дней. За счет исключения дорогостоящих этапов культивирования и модификации клеток вне организма значительно снижается стоимость лечения, делая его более доступным для пациентов. Важным преимуществом является повышенная безопасность метода: использование мРНК обеспечивает лишь кратковременную экспрессию CAR-рецепторов (48–72 часа), что минимизирует риски цитокинового шторма (CRS), нейротоксичности (ICANS) и долгосрочных побочных эффектов. Технология липидных наночастиц (LNP) позволяет гибко регулировать дозировку и частоту введения препарата, обеспечивая персонализированный подход к терапии.
Кроме того, in vivo модификация обладает высокой масштабируемостью и может быть адаптирована для широкого круга пациентов без необходимости создания индивидуальных клеточных продуктов для каждого случая.
— На какие виды рака в первую очередь направлена новая терапия?
— На текущем этапе мы фокусируемся на гематологических злокачественных заболеваниях. Основное направление — В-клеточные лимфомы, такие как диффузная крупноклеточная В-клеточная лимфома (DLBCL) и острый лимфобластный лейкоз (ALL), с использованием CAR, таргетирующих CD19. Для этого мы тестируем модели клеточных линий NALM6 (имитирует ALL), Daudi и Raji (имитируют DLBCL и другие В-клеточные лимфомы), а также сингенные модели мышей с модифицированной линией EL4 (hCD19). Второе направление — множественная миелома, с таргетингом BCMA. Мы используем клеточную линию RPMI 8226 (модель множественной миеломы) и сингенные модели мышей с A20 (hBCMA). В будущем планируем расширить исследования на солидные опухоли, такие как рак легкого, поджелудочной железы или печени, где CAR-T уже показали потенциал в доклинических исследованиях.
— Как именно Т-лимфоциты обучаются распознавать раковые клетки?
— Т-лимфоциты программируются для распознавания раковых клеток с помощью химерных антигенных рецепторов (CAR), которые мы доставляем в клетки через лентивирусные векторы или мРНК. Для В-клеточных лимфом мы используем CAR второго поколения на основе scFv FMC63, специфичного к CD19, с ко-стимулирующими доменами CD28 или 4-1BB для усиления активации Т-клеток. Для множественной миеломы мы тестируем несколько CAR-конструктов, включая один с использованием VHH-доменов, обеспечивающих высокую специфичность к BCMA. Эти рецепторы позволяют Т-клеткам распознавать антигены на поверхности раковых клеток и инициировать их уничтожение. Мы также исследуем ко-трансфекцию мРНК CAR с цитокинами (IL-2, IL-7, IL-8, IL-15) для усиления активации и пролиферации Т-клеток.
— Почему ученые использовали мРНК для временного программирования клеток? Какие у этого плюсы и минусы?
— мРНК используется из-за ее безопасности, обратимости и простоты производства. Она позволяет временно экспрессировать CAR в Т-клетках (массивная экспрессия до 90% в первые 48 часов с последующим снижением к 72 часам), что снижает риск CRS, ICANS и вторичных опухолей, характерных для перманентных CAR-T. Другие преимущества включают возможность замораживания клеточного продукта на пике экспрессии CAR, гибкость введения (многократные инъекции LNP для достижения оптимального эффекта) и доступность производства мРНК. Основной минус — ограниченная длительность экспрессии, что может потребовать повторных введений для поддержания терапевтического эффекта. Однако это также обеспечивает контролируемую и обратимую терапию, снижая долгосрочные риски.
— Какие еще маркеры раковых клеток рассматриваются для применения в этой терапии?
—Помимо CD19 для В-клеточных лимфом и BCMA для множественной миеломы мы рассматриваем возможность таргетинга по CD20 и комбинаций маркеров (CD19/CD20, BCMA/CD19) для повышения эффективности терапии и ее применения в контексте лимфом и аутоиммунных заболеваний. В перспективе мы планируем изучить новые многообещающие маркеры В-клеток, но на текущем этапе не раскрываем детали. Для солидных опухолей в будущем могут быть рассмотрены маркеры, такие как EGFR, HER2 или GPC3, в зависимости от результатов исследований.
— Можно ли будет применять эту технологию для других видов рака, помимо лимфомы и миеломы?
— Да, технология имеет потенциал для применения к другим видам рака. Помимо гематологических заболеваний мы рассматриваем возможность таргетинга В-клеток в контексте аутоиммунных заболеваний. Для солидных опухолей (например, рак легкого, поджелудочной железы, печени или глиобластома) CAR-T-терапия уже показала успех в доклинических и ранних клинических исследованиях с маркерами, такими как EGFR, HER2 и mesothelin. В случае успеха с диссеминированными моделями рака мы планируем адаптировать наши платформы для тестирования на солидных опухолях, используя сингенные и ксенотрансплантационные модели.
— Как «Сириус» поддерживает такие исследования?
— Университет «Сириус» предоставляет передовую инфраструктуру, включая лаборатории, для молекулярной биологии, клеточных культур и доклинических исследований на животных. Мы получаем поддержку через гранты и программы, направленные на развитие биотехнологий, а также доступ к международным коллаборациям и экспертам в области иммунотерапии. «Сириус» активно способствует интеграции фундаментальных и прикладных исследований, что позволяет нашей команде проводить эксперименты от in vitro до in vivo и готовиться к клиническим испытаниям.