Рак, инфекции, аутоиммунные расстройства в 2018 году: выиграем ли мы войну?

Автор: Йелла Хьюингс-Мартин, PhD

Проверка фактического материала: Жасмин Коллье.

Публикуется с незначительными сокращениями

Представьте себе мир, в котором вакцинация безболезненна, производится в комфортных условиях у вас на дому и способна полностью уничтожить такие инфекции, как грипп или ВИЧ. Подумайте о возможностях иммунотерапии, прицельно направленной на уничтожение раковых клеток, прерывание аллергических реакций в их развитии и предотвращение отторжения трансплантированных органов.

Путь к этому революционному прорыву в развитии медицины, возможно, пролегает через разработку инновационных биоматериалов, считают сотрудники Мэрилендского университета Джонатан С. Бромберг, профессор хирургии, микробиологии и иммунологии, и доктор философии Кристофер М. Джуэлл, доцент кафедры биоинженерии (Колледж-Парк, Мэриленд, США). В большой статье, опубликованной в журнале «Trends in Immunology», Дж. С. Бромберг и К. М. Джуэлл дают подробный обзор современных биоматериалов и того потенциала, которым обладают эти вещества в перспективе создания революционных методов вакцинации и иммунотерапии.

Согласно определению Национального института Биомедицинской визуализации и биотехнологии Министерства здравоохранения США, биоматериалом является любой материал, натуральный или синтетический, который может быть использован в медицине «[…] в целях лечения, активизации или замещения поврежденной ткани или биологической функции».

Что это означает? Биоматериалы могут быть получены из самых разных сфер человеческой деятельности, – как производные стекла, керамики, пластика, металла, – или же из биологических веществ, например, коллагена и желатина; кроме того, их можно вырастить из клеток или получить из органов. Затем из биоматериалов могут быть созданы крупные структуры, такие как бедренные суставы, контактные линзы или стенты, или же мелкие, например, шовный материал или растворимые оболочки. Для иммунологии и иммунотерапии биоматериалы особенно ценны тем, что могут действовать на микроскопическом уровне.

Проф. Бромберг и доц. Джуэлл продолжают: «Некоторые типы веществ из обширной группы биоматериалов включают: (і) образованные из полимеров или липидов нано- и микрочастицы, которые могут быть объединены или доставлены в клетки иммунной системы; (іі) стабильные или разлагаемые скаффолды (тканевые каркасы – прим. Лахта Клиники) и (ііі) приспособления типа микроигольчатого пластыря, нацеленные на иммунные клетки кожи». Такие биотехнологии позволяют лучше контролировать, где и насколько быстро высвобождается вакцина, предотвращать процессы ферментного разложения или агрессивного средового воздействия (напр., кислотой желудочного сока) и управлять откликом иммунной системы.

Первое, что приходит на ум при упоминании вакцин, – это инфекционные заболевания. Большинство современных вакцин содержит два компонента: некоторый объем патогенного микроорганизма или одного из его антигенов, а также адъювант – вещество, активирующее иммунную систему. В качестве адъюванта в вакцинах чаще всего используют алюминий. Однако в скором будущем биоматериалы могут стать адъювантами следующего поколения, – не ограничиваясь одной лишь ролью курьерской доставки, – поскольку они сами по себе способны вызывать иммунный отклик.

Многообразие разрабатываемых в настоящее время биоматериалов в этом плане создает особые преимущества: форма, размер, химический состав каждого конкретного материала могут быть использованы для «тонкой настройки» желаемого иммунного отклика.

«Например, наночастицы и липиды сегодня используются для доставки ВИЧ-вакцины в опытах на мышах, и результаты показывают форсированный ответ иммунной системы, – продолжают авторы статьи. – Другой многообещающей стратегией является транспорт компонентов вакцины с применением безболезненных микроигл».

Применение растворимых микроигл в первых клинических испытаниях противогриппозной вакцины на людях-добровольцах показало, что эффективность новой технологии сопоставима с эффектом стандартной противовирусной прививки, даже если испытуемые наклеивали себе микроигольчатый пластырь самостоятельно.

«Эти преимущества могут кардинально изменить способы вакцинации, равно как и доступность эффективных препаратов в развивающихся регионах. Неудивительно, что микроигольчатые системы изучаются также в плане вакцинации против ВИЧ».

Проясняют Дж. С. Бромберг и К. М. Джуэлл

Для онкологии исключительно важно, чтобы лечение было нацелено на терапевтическую мишень и ею ограничено. Но как вакцина проберется среди наших многочисленных органов и тканей, состоящих из клеток разного типа, чтобы найти верную цель?

Биоматериалы могут обеспечить это несколькими способами.

Например, они могут ориентироваться на «посадочные огни», которыми для них служат специфические для раковых клеток молекулы. Это позволяет биоматериалу «приземлиться» именно на той клетке, что несет нужную молекулу, – подобно тому, как ключ подходит к замку, – и доставить убийственную для злокачественной опухоли химиотерапию. Уничтожая только и исключительно раковые клетки, мы значительно снизим побочные эффекты.

Кроме того, биоматериалы могут использовать собственные возможности организма в борьбе со злокачественными новообразованиями. Как показывают исследования, присоединение биоматериалов к иммунным клеткам, – а именно к Т-лимфоцитам, распознающим раковые клетки, – интенсифицирует природную противоопухолевую активность Т-клеток. Таким же образом можно использовать микроиглы для доставки молекул в кожу, чтобы ориентировать локальную популяцию Т-лимфоцитов на уничтожение меланомы, наиболее агрессивной формы рака кожи.

«Это принципиально новый образ мышления о том, как, когда и куда доставлять иммунные сигналы и антигены, чтобы получать значительно более мощный иммунный отклик. Это позволяет сместить существующие парадигмы касательно вакцин, применяемых для лечения и профилактики инфекционных заболеваний, а в перспективе и вакцин против рака»

по словам профессора Бромберга

Вакцины против инфекционных и онкологических заболеваний стремятся вызвать провоспалительный иммунный ответ. Однако противоположная задача возникает в случаях аутоиммунных расстройств, – таких, например, как рассеянный склероз, аллергия или отторжение пересаженных органов. В этой области биоматериалы могут быть использованы для подавления или перепрограммирования реакции иммунной системы.

В экспериментальных моделях рассеянного склероза биоматериалы применялись для доставки аутоантигенов, или антигенов, на которые обычно реагируют только люди с аутоиммунными нарушениями, – для переключения иммунного ответа с атаки на толерантность. В опытах на мышах это приводило к значительному облегчению симптоматики.

Аллерген-специфическая иммунотерапия аллергии уже сегодня хорошо развита. Однако, многие формы такого лечения требуют частых инъекций, – до трех раз в неделю на начальном этапе, – и могут занимать несколько лет до полного завершения курса.

В настоящее время ученые работают над созданием препаратов медленного, пролонгированного действия на основе инкапсуляции активных веществ в биоматериалы. Это сократит потребность в частых уколах и редуцирует побочные эффекты, позволяя, в то же время, более эффективно корригировать реакции иммунной системы, говорится в статье.

Интригующие перспективы также открываются, согласно проф. Бромбергу, в области профилактики отторжения трансплантатов. Иммуносупрессоры медленного действия, специально разработанные для контроля воспалительных процессов после пересадки органов, обнаруживают многообещающий эффект в моделях трансплантации на мышах.

«При всех прошлых успехах вакцинации и иммунотерапии, – замечают Дж. С. Бромберг и К. М. Джуэлл, – в битве с инфекциями, раком и аутоиммунными заболеваниями ощущается возрастающая потребность в более полном контроле иммунных откликов».

Безусловно, работы в этом направлении будут продолжены.

Несколько видов такой терапии уже прошли испытания на людях. Каким именно образом наша иммунная система будет взаимодействовать с биоматериалами – это должно быть изучено во всех деталях, чтобы война против раковых, инфекционных и аутоиммунных болезней могла быть завершена в нашу пользу.