Рак поджелудочной исчез у половины мышей после экспериментальной мРНК-терапии

Исследователи попытались не просто атаковать опухоль, а превратить её из «невидимой» для иммунитета в мишень — и одновременно разрушить защитную среду вокруг неё

Почему иммунитет плохо видит рак поджелудочной

Исследование посвящено протоковой аденокарциноме поджелудочной железы, или PDAC. Это наиболее распространённая форма рака этого органа и одна из самых сложных опухолей для современной онкологии.

Одна из причин — её микроокружение.

Опухоль окружает себя плотной десмопластической стромой — тканью, богатой активированными фибробластами и коллагеном. Если представить опухоль крепостью, раковые клетки находятся не просто внутри стен: они активно участвуют в их строительстве.

Такая среда затрудняет доставку лекарств и проникновение иммунных клеток. Одновременно внутри опухоли не хватает ряда сигналов, необходимых для эффективной работы NK-клеток — естественных киллеров иммунной системы — и цитотоксических CD8+ T-лимфоцитов.

Поэтому препараты, снимающие с иммунных клеток «тормоза», совершившие революцию при некоторых других опухолях, при PDAC обычно работают значительно хуже.

Именно эту проблему авторы исследования попытались решить с помощью мРНК.

мРНК здесь работает не как обычная вакцина

После пандемии COVID-19 сочетание «мРНК-терапия» легко воспринимается как синоним вакцинации. В этом исследовании принцип шире.

мРНК — это временная молекулярная инструкция. Клетка считывает её и некоторое время производит закодированный белок, после чего сама мРНК разрушается.

Исследователи использовали эту особенность, чтобы заставить клетки временно производить сразу несколько веществ, необходимых для организации противоопухолевого иммунного ответа.

После серии экспериментов они остановились на пяти сигнальных молекулах: IL-12, IL-18, CCL5, CXCL10 и интерфероне β.

У каждой была своя роль.

Одни помогали привлекать иммунные клетки. Другие активировали NK-клетки и T-лимфоциты. Интерферон β, в частности, усиливал представление антигенов — процесс, благодаря которому иммунной системе легче распознать клетку как потенциальную мишень.

Главное оказалось именно в комбинации. Отдельные цитокины вызывали отдельные изменения иммунного ответа, но смесь из пяти мРНК одновременно активировала несколько его звеньев.

Первая задача — открыть ворота в опухоль

Цитокины — небольшие сигнальные белки, с помощью которых клетки иммунной системы координируют свои действия. Идея использовать их против рака существует десятилетиями.

Проблема в дозе и месте действия.

Если вводить мощные цитокины системно как готовые белки, они способны активировать иммунитет не только возле опухоли, но и во всём организме. Именно системная токсичность исторически ограничивала применение некоторых цитокиновых терапий.

мРНК позволяет попробовать другой подход: доставить инструкцию и получить относительно короткий импульс производства нужного белка.

В экспериментах после введения мРНК непосредственно в опухоль концентрации закодированных цитокинов резко повышались локально, затем снижались. Для большинства из них примерно через 96 часов уровень возвращался к исходному.

То есть исследователи получили не постоянное воспаление, а временный иммунный сигнал.

Но произошло ещё кое-что.

Комбинация пяти цитокиновых мРНК уменьшала количество миофибробластов и коллагена вокруг опухоли. Одновременно увеличивались активность NK-клеток и CD8+ T-лимфоцитов и гибель опухолевых клеток.

Защитная «стена» начала становиться менее плотной.

Самый интересный эффект оказался связан с NK-клетками

Здесь исследование даёт особенно любопытный механистический результат.

NK-клетки обычно воспринимаются прежде всего как иммунные клетки, способные уничтожать инфицированные или опухолевые клетки. Но эксперименты показали, что они участвовали ещё и в перестройке фиброзной оболочки опухоли.

Когда исследователи искусственно удаляли NK-клетки, противофиброзный эффект комбинированной терапии заметно ослабевал.

Это означает, что терапия могла работать сразу по двум направлениям: активировать иммунную атаку против раковых клеток и одновременно воздействовать на клетки, формирующие защитную строму.

Именно здесь меняется привычное представление о задаче иммунотерапии.

Недостаточно только «разбудить иммунитет». При раке поджелудочной железы может потребоваться сначала изменить саму среду, в которой иммунным клеткам приходится работать.

Второй шаг — показать иммунитету, кого именно атаковать

Даже проникнув внутрь опухоли, T-лимфоцит должен распознать цель.

Поэтому к пяти цитокиновым мРНК исследователи добавили ещё три. Они кодировали опухолеассоциированные антигены MUC-1, мезотелин и PSMA.

Получилась конструкция из двух функциональных частей.

Пять мРНК создавали условия для иммунной атаки.

Три другие помогали представить иммунной системе характерные опухолевые мишени.

Проще говоря, первая часть терапии включала и направляла армию, а вторая показывала ей фотографию противника.

Именно сочетание этих компонентов оказалось эффективнее каждого из них по отдельности.

Комбинация усиливала работу дендритных клеток — своеобразных «инструкторов» адаптивного иммунитета, которые представляют антигены T-лимфоцитам. В лимфатических узлах, дренирующих опухоль, увеличивались пролиферация и активация T-клеток, в том числе популяции долгоживущих TCF-1+ CD8+ клеток.

Это уже было указанием на возможность формирования не только кратковременной атаки, но и иммунологической памяти.

Почему учёные перешли от укола в опухоль к наночастицам

Ввести препарат непосредственно в экспериментальную опухоль у мыши относительно просто. Для пациента с раком поджелудочной железы это гораздо менее универсальное решение.

Опухоли могут находиться глубоко, быть множественными или иметь метастазы.

Поэтому исследователи упаковали восемь мРНК в липидные наночастицы диаметром примерно 50–60 нанометров и начали вводить их внутривенно.

После введения значительная часть частиц первоначально обнаруживалась в печени. Но через 48 часов их накопление увеличивалось и в опухолях поджелудочной железы.

Внутри опухоли появлялись кодируемые цитокины и антигены, активировались NK- и T-клетки.

Именно системная доставка позволила провести главный эксперимент исследования на генетически модифицированных KPC-мышах, у которых рак развивается непосредственно в поджелудочной железе и лучше воспроизводит ряд особенностей человеческого PDAC, чем пересаженные опухоли.

У половины животных опухоль полностью исчезла

Мышам с уже сформировавшимися опухолями еженедельно вводили наночастицы с комбинацией пяти цитокиновых и трёх антигенных мРНК.

После двух недель лечения уменьшение опухоли наблюдалось примерно у 72% животных в комбинированной группе против примерно 33% при использовании только пяти цитокиновых мРНК.

Но наиболее впечатляющая разница появилась при длительном наблюдении.

Медиана выживаемости в контрольной группе составляла 21 день. При использовании только антигенных мРНК — 34 дня, только цитокиновых — 47 дней.

При объединении двух компонентов медиана достигла 210 дней.

У четырёх из восьми животных — 50% — исследователи зарегистрировали полный ответ: опухоль исчезла.

Лечение прекратили на 70-й день. Полные ответы сохранялись вплоть до года от начала терапии.

Это принципиальная деталь: речь идёт не просто о временном уменьшении опухоли во время введения препарата.

Возможно, иммунитет действительно «запомнил» рак

Через 180 дней после начала эксперимента — спустя 110 дней после прекращения терапии — исследователи взяли CD8+ T-клетки из крови мышей с полным ответом.

Затем этим клеткам снова представили опухолевые антигены.

T-лимфоциты реагировали на них и демонстрировали цитотоксическую активность.

Это говорит о сохранении долгоживущего антиген-специфического иммунного ответа.

Представьте разницу.

Обычная противоопухолевая терапия должна непосредственно повреждать раковые клетки каждый раз, когда вводится препарат. Здесь конечной целью становится другая система: научить собственный иммунитет распознавать опухоль и поддерживать контроль уже после прекращения лечения.

Именно потенциальная долговременность ответа делает этот результат особенно интересным.

Почему нельзя сказать, что найдено лечение рака поджелудочной

Несмотря на впечатляющие цифры, граница между этим экспериментом и лечением пациента огромна.

Это исследование на мышах.

Даже генетически модифицированная KPC-модель не воспроизводит полностью биологию человеческого рака, его генетическую неоднородность, метастазы, предшествующее лечение и особенности иммунной системы конкретного пациента.

Размеры экспериментальных групп также были небольшими. В ключевом опыте с длительной выживаемостью комбинированную терапию получали восемь животных.

Авторы прямо отмечают необходимость дальнейшей оптимизации доз, схем лечения, способов доставки и состава мРНК-коктейля.

Есть и вопрос безопасности.

При внутривенной доставке наночастиц исследователи наблюдали временное повышение печёночных ферментов ALT и AST в одном из экспериментов, хотя показатели возвращались к исходному уровню через 48 часов. В генетической модели после повторного введения значимой системной токсичности по измерявшимся параметрам не обнаружили.

Но безопасность у мышей не позволяет предсказать безопасность такой сложной иммунной стимуляции у человека.

Наконец, у авторов есть коммерческий интерес: несколько исследователей подали патентные заявки, связанные с этой работой, а Chaitanya Parikh и Marcus Ruscetti являются сооснователями связанной с технологией биотехнологической компании ImmunoScript.

Это не отменяет результатов, но относится к информации, которую важно учитывать при оценке работы.

Почему эта работа интереснее цифры «50%»

Самая заметная цифра исследования — исчезновение опухолей у половины животных. Но научно более важным может оказаться сам принцип.

Авторы не пытались найти одну молекулу, способную уничтожить рак поджелудочной железы.

Они использовали мРНК как программируемую платформу и одновременно вмешались в несколько причин устойчивости опухоли: недостаток иммунных сигналов, слабое проникновение иммунных клеток, фиброзную строму, недостаточное представление антигенов и отсутствие устойчивой T-клеточной памяти.

Причём конструкцию потенциально можно менять.

Вместо одних цитокинов можно кодировать другие. Вместо трёх использованных опухолевых антигенов — выбирать другие мишени. Можно изменять наночастицы, чтобы точнее доставлять мРНК в определённые ткани или клетки.

Именно поэтому речь идёт не столько о готовом препарате, сколько о платформе, которую ещё предстоит превратить в терапию.

Следующий принципиальный рубеж — показать, что такой сложный иммунный ответ можно безопасно воспроизвести у людей и что он способен работать против гораздо более неоднородных человеческих опухолей.