«Усиленные» естественные киллеры могут стать мощным новым оружием против рака

Клеточная терапия, использующая иммунную систему, изменила лечение некоторых раков крови и лимфатической системы. Солидные опухоли, однако, остаются гораздо более трудной мишенью: иммунным клеткам сложнее в них проникать, а опухоли могут выделять сигналы, ослабляющие иммунную защиту поблизости.

Исследователи Stanford Medicine и сотрудничающих с ними институтов разработали стратегию, направленную на преодоление этих препятствий. Их подход превращает естественные киллеры — тип иммунных клеток, известных быстрой атакой аномальных клеток, — в специализированную ткане-резидентную форму, способную проникать в солидные опухоли и уничтожать раковые клетки.

«Мы показываем, что эти ткане-резидентные естественные киллеры инфильтрируют солидные опухоли значительно лучше, чем обычные естественные киллеры. Это было очень воспроизводимо, очень ярко и очень очевидно», — говорит Джон Санву (John Sunwoo), профессор Школы медицины и старший автор исследования, опубликованного в прошлом месяце в Science Translational Medicine. Со-ведущие авторы работы — Нина Горовиц (Nina Horowitz), бывшая аспирантка по отоларингологии; Имран Мохаммад (Imran Mohammad), постдок лаборатории Санву; и Джун Хо Шин (June Ho Shin), старший научный сотрудник той же лаборатории.

Команда проверила экспериментальную терапию на мышах и обнаружила, что модифицированные естественные киллеры замедляют рост нескольких видов солидных опухолей. Эффект усиливался, когда клетки сочетали с антителом, помогающим направлять естественные киллеры к раковым клеткам.

У естественных киллеров может быть и важное практическое преимущество. Они обычно не вызывают иммунной реакции при переносе от одного человека к другому. Большинство существующих клеточных иммунотерапий приходится индивидуально изготавливать из собственных клеток пациента, а препарат на основе таких модифицированных естественных киллеров потенциально можно производить большими партиями, замораживать и выдавать многим пациентам. «Это будет почти готовый препарат с полки, — говорит Санву. — Это может сделать клеточную терапию гораздо доступнее для более широкого круга пациентов».

Естественные киллеры были впервые описаны в 1970-х годах. Своё название они получили за способность быстро распознавать и уничтожать аномальные клетки, включая раковые и инфицированные вирусами. В отличие от других лейкоцитов — B- и T-клеток, — естественным киллерам не нужно заранее встречаться с конкретной мишенью, что позволяет им реагировать быстро.

Исторически иммунология концентрировалась на иммунных клетках, циркулирующих в крови, включая B-клетки, T-клетки и естественные киллеры. Эти клетки перемещаются по организму в поисках инфекций и болезней. Некоторые, однако, со временем оседают в тканях и приобретают функции, приспособленные к локальному окружению. «Долгое время изучение иммунологии и болезней человека было сосредоточено на иммунных клетках крови, — говорит Санву. — С развитием инструментов и биоинформатики мы теперь начинаем больше смотреть на то, что происходит в тканях. Для большинства иммунных клеток ткань — это место, где происходит основное действие».

Ткане-резидентные естественные киллеры обнаруживаются в коже, слизистых оболочках, лёгких и печени. Учёным долго не удавалось точно понять, что они делают, потому что прежние исследования давали противоречивые результаты: одни указывали, что эти клетки — относительно слабые киллеры и даже могут подавлять иммунную активность, другие — что они высокоэффективно уничтожают клетки-мишени. «Возможно, они приобретают разные функции в зависимости от сигналов микроокружения и ткани и дифференцируются в определённую субпопуляцию», — поясняет Санву.

В некоторых обстоятельствах иммуносупрессивные ткане-резидентные естественные киллеры полезны. Например, на ранних сроках беременности эти клетки в слизистой оболочке матки помогают предотвратить атаку иммунной системы на клетки плода и поддерживают рост плаценты. Для лечения рака, однако, нужен более агрессивный тип клеток.

Данные указывали на существование двух различных форм ткане-резидентных естественных киллеров, но исследователи до конца не понимали, как они развиваются и почему их поведение так различается. Чтобы разобраться, команда Санву выделила циркулирующие естественные киллеры из крови доноров и подвергла их разным комбинациям клеточных сигналов.

Одним из важных компонентов оказался TGF-β — трансформирующий фактор роста бета. Этот сигнальный белок вырабатывается многими типами клеток, включая опухолевые, и участвует в определении пути развития клеток. Исследователи обнаружили, однако, что решающее значение имеют количество и длительность сигнала. «Это как в сказке про Златовласку: если дать ровно достаточно сигнала TGF-β, естественные киллеры становятся ткане-резидентными с сильной токсической активностью против злокачественных клеток. Если TGF-β слишком много, они всё равно становятся ткане-резидентными, но оказываются заторможенными и дисфункциональными и не убивают, — говорит Санву. — Сигнал нужно предъявлять естественным киллерам в строго определённом количестве и строго определённым образом».

Эксперименты показали, что TGF-β необходим для превращения естественных киллеров в ткане-резидентную форму, но длительная экспозиция давала клетки-плохие киллеры. Гораздо лучше сработал другой подход: исследователи кратковременно контактировали естественные киллеры с короткоживущими эпителиальными опухолевыми клетками человека, которые давали временный выброс активного TGF-β. В результате получались ткане-резидентные естественные киллеры с сильной противоопухолевой активностью. Обязательным оказался и прямой физический контакт с эпителиальными опухолевыми клетками: простого соседства клеток было недостаточно, что указывает на участие дополнительных активационных сигналов. «Эти две популяции ткане-резидентных естественных киллеров выглядят очень похоже и имеют часть общих требований, но их функции, похоже, находятся на противоположных концах спектра», — отмечает Санву.

Затем команда детально сравнила два типа ткане-резидентных естественных киллеров. Оба типа несли на поверхности белки CD49a и CD103. Однако только высокоэффективные клетки, убивающие рак, экспрессировали CD39. Более сильные клетки также содержали больше молекулярного аппарата, необходимого для уничтожения мишеней: перфорина — белка, пробивающего отверстия в клетках-мишенях, и гранзима A — токсичной молекулы, доставляемой через эти отверстия.

Установив надёжный метод получения более агрессивных естественных киллеров, исследователи проверили, насколько хорошо клетки проникают в опухоли. В лабораторных экспериментах модифицированные клетки успешно инфильтрировали опухолевые органоиды, выращенные в чашках. При введении мышам они замедляли рост нескольких типов солидных опухолей в течение дней и недель — включая опухоли, происходящие из человеческой меланомы и плоскоклеточной карциномы головы и шеи.

Наиболее сильные результаты дала комбинация модифицированных естественных киллеров с цетуксимабом — моноклональным антителом, которое помогает помечать определённые раковые клетки для иммунной атаки. Цетуксимаб одобрен для лечения метастатического колоректального рака и распространённой плоскоклеточной карциномы головы и шеи, хотя, как отмечает Санву, сам по себе он работает не особенно хорошо.

Одна доза комбинированной терапии подавляла рост опухоли у мышей значительно эффективнее в течение месяца, чем каждое из лечений по отдельности. Видимых побочных эффектов исследователи не наблюдали. «Даже на 30-й день, когда остальные мыши были больны, мыши, получившие комбинацию, выглядели очень здоровыми», — говорит Санву, предостерегая, впрочем, от чрезмерной экстраполяции результатов с мышей на людей и добавляя: «Это была только проверка концепции».

Санву и его коллеги сейчас готовят клиническое испытание фазы I, чтобы проверить комбинированную терапию у людей с распространённой плоскоклеточной карциномой. Испытание может начаться к концу года при одобрении Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA).

Санву также разработал метод производства и размножения больших количеств модифицированных клеток — технически они называются цитотоксическими ткане-резидентными естественными киллерами — и подал на него патентную заявку. По оценке исследователей, из естественных киллеров одного донора примерно за две недели можно получить около 20 терапевтических доз. «Они будут криоконсервированы, так что мы сможем изготовить партию доз и выдавать их разным пациентам, — говорит Санву. — Никакой задержки не будет».

В работе также участвовали исследователи Университета штата Огайо и Медицинской школы Вашингтонского университета. Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения (гранты R35DE030054, K22CA282364 и R25DC020174), фондом Tai Tsun Wu Research Fund for Natural Killer Cell Immunotherapy и стипендией Stanford Bio-X Fellowship.