Бактериальный сахар усилил действие экспериментальной противораковой вакцины у мышей

Сахар, вырабатываемый молочнокислой бактерией, использовали для создания экспериментальной противораковой вакцины, которая вызвала более сильный противоопухолевый иммунитет и повысила эффективность уже применяемого метода иммунотерапии у мышей, сообщает Scienmag.

Платформа, описанная исследователями в журнале Materials Today Bio, использует экзополисахарид под названием EPS233. Это вещество выделили из Lacticaseibacillus paracasei, молочнокислой бактерии, и отобрали в ходе скрининговой программы, включавшей 20 бактериальных сахаров. Исследователи обнаружили, что EPS233 способен самостоятельно собираться в наночастицу и одновременно переносить опухолевый антиген и иммуностимулирующий препарат.

Полученные результаты помогают решить давнюю проблему исследований противораковых вакцин. Многие экспериментальные вакцины с трудом вызывали образование достаточного количества CD8-положительных Т-клеток, способных распознавать и уничтожать злокачественные клетки. Новый подход призван усилить этот ответ, объединив доставку компонентов и активацию иммунитета в одной структуре.

Самособирающаяся система доставки

EPS233 является амфифильным веществом: одни части его молекулярной структуры взаимодействуют с водой, тогда как другие избегают такого взаимодействия. В воде сахар образовывал сферические частицы шириной примерно 27 нанометров. По словам исследователей, такой размер может помогать частицам достигать лимфатических узлов, где формируются иммунные реакции.

Средняя молекулярная масса экзополисахарида составляла около 77,6 килодальтона, а его основу составлял богатый маннозой углеводный каркас. Этот состав имел важное значение, поскольку сахар мог не только переносить другие компоненты вакцины, но и стимулировать иммунные сигналы.

Для создания вакцинной формулы команда объединила EPS233 с овальбумином, использованным в качестве модельного опухолевого антигена, и резиквимодом, или R848. R848 активирует врождённые иммунные рецепторы TLR7 и TLR8, однако свободные формы этого соединения могут вызывать чрезмерное воспаление. Комбинированная формула, получившая название EPS@R848/OVA, образовывала частицы размером чуть более 37 нанометров и заключала в себе около 84% каждого из компонентов.

Лабораторное моделирование показало, что сахар и R848 могут естественным образом связываться, помогая трём ингредиентам оставаться вместе. Испытания высвобождения показали, что частицы сохраняли относительную стабильность при нормальном физиологическом pH, но легче раскрывались в кислой среде клеточных лизосом. В таких условиях более половины антигена высвобождалось в течение 24 часов, благодаря чему он становился доступным внутри дендритных клеток — иммунных клеток, отвечающих за запуск Т-клеточных реакций.

Более сильная активация иммунных клеток

Система доставки также, по-видимому, снижала вредное системное воздействие R848. У мышей, получавших свободный R848 вместе с антигеном, в течение шести часов повышался уровень воспалительных цитокинов и происходила временная потеря веса. При использовании наночастичной формулы этих эффектов не наблюдалось: по-видимому, она удерживала препарат и высвобождала его постепенно.

Испытания на дендритных клетках и фибробластах выявили низкую токсичность при терапевтических концентрациях. В тестах на гемолиз частицы также не вызывали большего повреждения эритроцитов, чем физиологический раствор. Повторное лечение не приводило к видимым нарушениям в сердце, печени, селезёнке, лёгких или почках, а показатели биохимии крови оставались нормальными.

Попав внутрь дендритных клеток, вакцина быстро поглощалась и постепенно выходила из лизосом. Это было важно, поскольку антигены, заключённые в лизосомах, могут разрушаться, а не демонстрироваться Т-клеткам. В обработанных клетках повышался уровень молекул MHC-I, несущих антиген, а также маркеров активации CD40, CD80 и CD86. Кроме того, они выделяли несколько сигнальных белков иммунной системы, включая интерферон-бета, IL-6, TNF-альфа и IL-12p70.

Исследователи связали эти эффекты с двумя взаимодействующими путями. EPS233 активировал рецептор Dectin-2 и его сигнальный путь Syk-CARD9, тогда как R848 стимулировал путь TLR7-MyD88-IRF7. Вместе они усиливали активность интерферонов I типа и улучшали процесс, посредством которого дендритные клетки представляют опухолевые антигены CD8-положительным Т-клеткам. Исследования экспрессии генов также выявили повышенный уровень Irf8 и Batf3, которые способствуют образованию популяции дендритных клеток, специализированной на перекрёстной презентации.

У мышей частицы оставались вблизи места инъекции более 120 часов, но достигали ближайших лимфатических узлов в течение шести часов. Их поглощали дендритные клетки, макрофаги и B-клетки, включая редкую субпопуляцию дендритных клеток, которая считается особенно эффективной в активации Т-клеток-киллеров. Смесь тех же ингредиентов без формирования наночастиц не давала сопоставимых результатов, что указывает на решающую роль самой структуры.

Контроль опухоли и терапия ингибиторами контрольных точек

У вакцинированных мышей увеличивались популяции активированных и многофункциональных CD8-положительных Т-клеток, а также CD4-ответы типа Th1, B-клетки герминативных центров и антиген-специфические антитела. В профилактических экспериментах с меланомой у животных, которым вводили клетки B16F10-OVA, масса опухоли была примерно на 52% ниже, чем у мышей, получавших отдельные компоненты.

Лечение также действовало против уже сформировавшихся опухолей. В терапевтической модели меланомы оно примерно вдвое снижало средний объём опухоли по сравнению с контролем, получавшим один адъювант. В опухолях было больше активированных CD8- и CD4-клеток, вырабатывавших интерферон-гамма, TNF-альфа и гранзим B, а также меньше регуляторных Т-клеток и миелоидных супрессорных клеток. Вариант с использованием пептида GP33 также уменьшал количество метастатических узелков в лёгких.

Наиболее заметные результаты получили при сочетании вакцины с терапией анти-PD-1. В ортотопической модели меланомы B16F10-GP33 такая комбинация снижала массу опухоли на 98,1% и увеличивала медианную выживаемость до 41 дня по сравнению с 32 днями при использовании только анти-PD-1. В модели метастазирования в лёгкие опухолевая нагрузка снижалась на 88,1%, а медианная выживаемость достигала 33 дней против 25 дней при лечении только антителом.

Исследователи предполагают, что вакцина может сделать опухоли с низким уровнем воспаления более доступными для терапии ингибиторами контрольных точек, обеспечивая активный Т-клеточный ответ. Исследование остаётся ранним доказательством концепции: в нём использовали модельные антигены и меланому у мышей, а не персонализированные неоантигены или мишени, характерные для уже сформировавшихся опухолей человека. Такие испытания потребуются, чтобы определить, сможет ли сахар, полученный из пробиотика, в конечном итоге стать основой противораковой вакцины для клинического применения.