Иммунные клетки научили проникать в солидные опухоли и атаковать их изнутри

Исследователи превратили NK-клетки в «резидентов» опухоли — и нашли критически важный баланс сигнала TGF-β

Современная иммунотерапия доказала, что иммунную систему можно заставить бороться с раком. Но успех оказался очень неравномерным: клеточные методы особенно впечатляюще работают при некоторых опухолях крови, тогда как солидные опухоли — меланома, рак легкого, кишечника, головы и шеи и многие другие — остаются гораздо более сложной мишенью.

Проблема не только в способности иммунной клетки распознать рак. Сначала ей нужно попасть туда, где находится опухоль, выжить внутри ее неблагоприятной микросреды и сохранить способность атаковать.

Исследователи Stanford Medicine и их коллеги попробовали изменить именно эту часть задачи. Вместо того чтобы просто сделать NK-клетку «сильнее», они попытались сделать ее более приспособленной к жизни внутри ткани.

Почему хорошему иммунному киллеру недостаточно просто попасть в кровь

NK-клетки — natural killer cells, или естественные киллеры, — относятся к врожденной иммунной системе. Они способны быстро распознавать и уничтожать некоторые аномальные клетки, включая опухолевые и инфицированные вирусами.

В отличие от некоторых механизмов адаптивного иммунитета, NK-клеткам не требуется предварительно «обучаться» на конкретной мишени, чтобы начать реагировать. Это делает их привлекательной платформой для противоопухолевой клеточной терапии.

Но здесь возникает фундаментальная проблема солидных опухолей.

Опухоль — это не просто скопление раковых клеток. Вокруг нее формируется собственная микросреда: сосуды, соединительная ткань, иммунные клетки и множество сигнальных молекул. Эта среда может физически затруднять проникновение иммунных клеток и одновременно менять их поведение.

Получается своеобразная крепость: мало попасть за стены — внутри еще нужно сохранить оружие.

Исследователи сделали ставку на клетки, которые умеют жить в тканях

Долгое время иммунологию в значительной степени изучали по клеткам крови. Это понятно: кровь сравнительно легко получить и исследовать.

Однако иммунные клетки существуют не только в кровотоке. Часть из них поселяется непосредственно в тканях и приобретает свойства, необходимые для жизни именно там.

Такие клетки называют тканерезидентными.

Тканерезидентные NK-клетки обнаруживаются, например, в коже, слизистых оболочках, легких и печени. И именно вокруг них существовало интересное научное противоречие.

В одних исследованиях они выглядели сравнительно слабыми киллерами и даже могли подавлять иммунные реакции. В других демонстрировали выраженную противоопухолевую активность.

Команда Джона Санву предположила, что речь может идти не об одной функционально одинаковой популяции клеток. Похожие внешне тканерезидентные NK-клетки способны вести себя совершенно по-разному в зависимости от сигналов, которые сформировали их свойства.

Один и тот же TGF-β может создать киллера — или обезоружить его

Исследователи получили циркулирующие NK-клетки из крови человека и начали воздействовать на них различными комбинациями клеточных сигналов.

Особое внимание привлек трансформирующий фактор роста бета — TGF-β. Это сигнальный белок, участвующий во множестве процессов: от развития и восстановления тканей до регуляции иммунной системы. Его также могут выделять клетки опухоли.

Именно здесь исследование дает наиболее интересное объяснение.

TGF-β оказался необходим для превращения обычных циркулирующих NK-клеток в тканерезидентные. Но постоянное воздействие этого сигнала приводило к появлению клеток, которые становились функционально подавленными и плохо уничтожали опухолевые клетки.

Когда же воздействие TGF-β было кратковременным и происходило при непосредственном контакте NK-клеток с человеческими эпителиальными опухолевыми клетками, возникала другая популяция — тканерезидентные NK-клетки с высокой цитотоксической активностью.

Проще говоря, значение имел не только сам сигнал. Имели значение его доза, продолжительность и контекст.

Это и есть ключевой момент исследования: молекула, которую легко было бы назвать «подавляющей иммунитет», при другом режиме воздействия участвовала в формировании эффективного противоопухолевого фенотипа.

Похожие снаружи клетки оказались очень разными внутри

Чтобы понять различия между двумя типами тканерезидентных NK-клеток, исследователи изучили их молекулярные характеристики.

Обе популяции несли на поверхности белки CD49a и CD103 — признаки тканерезидентного состояния. Но у наиболее активных противоопухолевых клеток присутствовал еще один маркер — CD39.

Различалась и их внутренняя «боевая комплектация».

У цитотоксических тканерезидентных NK-клеток было больше молекулярного аппарата, необходимого для уничтожения клеток-мишеней, включая перфорин и гранзим A.

Перфорин помогает формировать отверстия в мембране клетки-мишени. Через них могут действовать молекулы, запускающие процессы, ведущие к гибели этой клетки.

Поэтому различие оказалось не косметическим. Исследователи получили клетки, которые одновременно приобрели признаки жизни в ткани и сохранили выраженный механизм уничтожения опухолевых клеток.

NK-клетки против солидных опухолей проверили сначала в органоидах, затем на мышах

Получив воспроизводимый способ производства таких клеток, команда проверила, способны ли они действительно проникать в опухолевую ткань.

Сначала использовались опухолевые органоиды — выращенные в лаборатории трехмерные модели, которые воспроизводят некоторые свойства настоящей опухолевой ткани.

Усиленные NK-клетки проникали внутрь этих структур.

Затем исследователи перешли к экспериментам на мышах. Тканерезидентные цитотоксические NK-клетки замедляли рост нескольких солидных опухолей, включая модели на основе человеческой меланомы и плоскоклеточного рака головы и шеи.

Это существенно важнее простого лабораторного наблюдения за тем, способна ли NK-клетка убить отдельную раковую клетку в чашке. Исследование проверяло одну из главных проблем клеточной иммунотерапии солидных опухолей — способность клеток добраться до опухоли и действовать внутри нее.

Цетуксимаб дал NK-клеткам дополнительную мишень

Еще более выраженный эффект исследователи получили, объединив новые NK-клетки с цетуксимабом.

Цетуксимаб — моноклональное антитело, связывающееся с рецептором EGFR на поверхности определенных опухолевых клеток. Препарат уже применяется при некоторых злокачественных опухолях, включая отдельные случаи метастатического колоректального рака и плоскоклеточного рака головы и шеи.

Для NK-клеток антитело может выполнять дополнительную функцию: оно помогает обозначить клетку-мишень для иммунной атаки.

Получается логичная комбинация двух механизмов. Тканерезидентные NK-клетки лучше проникают в опухоль, а антитело помогает им распознавать клетки, которые следует атаковать.

В течение примерно месяца после одной дозы комбинированное лечение сильнее подавляло рост опухолей у мышей, чем каждый из компонентов по отдельности. Авторы также не наблюдали очевидных вредных эффектов в этой экспериментальной модели.

Но здесь проходит важная граница интерпретации: это доказательство концепции на животных. Такие результаты нельзя автоматически переносить на пациентов.

Самая практичная идея исследования может оказаться производственной

У NK-клеток есть еще одна потенциально важная особенность.

Многие современные клеточные противоопухолевые терапии требуют персонализированного производства. Клетки получают от конкретного пациента, модифицируют или размножают, контролируют качество и только затем возвращают этому же человеку.

Это сложно, дорого и занимает время.

NK-клетки рассматриваются как потенциальная основа для другого подхода — создания заранее произведенного аллогенного клеточного препарата, то есть клеток от донора, предназначенных для разных пациентов.

Команда Санву разработала метод получения и масштабного размножения цитотоксических тканерезидентных NK-клеток. По данным исследователей, клетки одного донора потенциально позволяют примерно за две недели получить около 20 терапевтических доз.

Их можно замораживать и хранить.

Если такой подход окажется эффективным и безопасным у людей, клеточная терапия теоретически сможет приблизиться к модели готового препарата: необходимая доза уже произведена и доступна тогда, когда она требуется пациенту.

Именно это потенциально отличает технологию не только биологически, но и практически.

До готовой терапии остается самый сложный этап

Результаты пока не показывают, что новый подход лечит рак у человека.

Исследование включало эксперименты с человеческими клетками, опухолевыми органоидами и моделями опухолей у мышей. Это позволяет изучить механизм и получить доказательство концепции, но не дает ответа на главные клинические вопросы.

Неизвестно, насколько хорошо такие NK-клетки будут проникать в реальные опухоли пациентов. Неясно, как долго они смогут там сохраняться, насколько устойчивой окажется их противоопухолевая активность и какие нежелательные эффекты могут появиться у человека.

Особенно важно выяснить, сохранится ли найденный баланс между тканерезидентностью и цитотоксичностью после введения пациенту, где клетки столкнутся с гораздо более сложной микросредой, чем в экспериментальной модели.

Исследователи готовят исследование фазы I комбинации новых NK-клеток с цетуксимабом у пациентов с распространенным плоскоклеточным раком. При получении необходимого разрешения FDA оно, по сообщению Stanford Medicine, может начаться до конца 2026 года.

Первая фаза прежде всего должна ответить на вопрос о безопасности и определить приемлемый режим лечения. Даже успешное начало клинического исследования еще не будет доказательством эффективности терапии.