Улучшенная доставка антител в мозг повышает потенциал лечения заболеваний мозга

Гематоэнцефалический барьер блокирует попадание антител в мозг. Это ограничивает потенциальное использование терапевтических антител для лечения заболеваний мозга, таких как опухоли мозга.

В других частях тела медицинские команды используют более 100 одобренных FDA терапевтических антител для лечения рака, аутоиммунных, инфекционных и метаболических заболеваний. Поиск способов транспортировки терапевтических антител через гематоэнцефалический барьер — из периферического кровотока в центральную нервную систему — может создать эффективные методы лечения, действующие в мозге.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology, исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме сообщают, что сайт-направленное присоединение одобренного FDA биодеградируемого полимера в шарнирных и близких к ним областях терапевтического антитела трастузумаба эффективно облегчило доставку этого человеческого моноклонального антитела IgG1 в мозг. Трастузумаб используется для лечения рака молочной железы и некоторых других видов рака.

Предварительная работа над этой новой платформой включала эксперименты in vitro и на моделях мышей. Исследователи говорят, что систему доставки еще необходимо оптимизировать и протестировать дальше, но отмечают, что их простой метод преобразует терапевтические антитела в форму, доставляемую в мозг, сохраняя медицинскую функциональность антитела.

«Проблемы проникновения в мозг преследуют разработку антител, нацеленных на заболевания мозга, препятствуя медицинскому переводу лабораторных антител в клиническую практику», — сказал Масаказу Камата, доктор философии, руководитель исследования и доцент кафедры микробиологии UAB. «В этом контексте эта простая методология имеет большой потенциал стать платформой не только для перепрофилирования существующих терапевтических антител, но и для поощрения разработки новых антител для лечения заболеваний мозга».

Использованный биосовместимый полимер — поли-2-метакрилоилоксиэтилфосфорилхолин (PMPC) с длиной цепи 50, 100 или 200 мономеров. Исследователи уже обнаружили, что этот неиммуногенный полимер, одобренный FDA в качестве покрытия для имплантируемых устройств, может связываться с двумя рецепторами на клетках микрососудов мозга, составляющих гематоэнцефалический барьер, и эти клетки затем могут перемещать полимер через барьер посредством трансцитоза. Трансцитоз — это специализированный транспорт, при котором внеклеточный груз попадает внутрь клетки, перемещается через цитоплазму на другую сторону клетки и затем высвобождается.

Исследователям UAB удалось расщепить четыре межцепочечные дисульфидные связи в шарнирных и близких к ним областях IgG1 трастузумаба, создав тиольные группы. Каждая тиольная группа была затем конъюгирована с цепью PMPC для создания молекул трастузумаба с одной из трех длин цепи, которые они обозначили как Tmab-PMPC50, Tmab-PMPC100 и Tmab-PMPC200.

Каждое из этих модифицированных антител по-прежнему сохраняло специфическое связывание трастузумаба с клетками, экспрессирующими антиген HER2 — мишень трастузумаба. И Tmab-PMPC50, и Tmab-PMPC100 интернализировались в HER2-положительные клетки и способствовали антителозависимой клеточной гибели, что является медицинской функцией, с помощью которой трастузумаб убивает клетки HER2+ рака молочной железы.

Затем исследователи показали, что конъюгация трастузумаба с PMPC усиливает проникновение через гематоэнцефалический барьер через эпителиальные клетки барьера по пути трансцитоза. Tmab-PMPC100 лучше всего справлялся с эффективным проникновением через барьер, сохраняя при этом распознавание эпитопа трастузумаба — способность антитела связываться с целевым антигеном.

В модели мыши и Tmab-PMPC100, и Tmab-PMPC200 проникали в мозг примерно в пять раз лучше, чем нативный трастузумаб. В предварительных экспериментах in vitro и на моделях мышей полимер-модифицированный трастузумаб не вызывал нейротоксичности, не проявлял побочных эффектов в печени и не нарушал целостность гематоэнцефалического барьера.

«Эти данные в совокупности указывают на то, что конъюгация с PMPC обеспечивает эффективную доставку терапевтических антител, таких как трастузумаб, в мозг без индукции побочных эффектов, по крайней мере, в печени, гематоэнцефалическом барьере или мозге», — сказал Камата.

Исследователи отметили, что другие также изучали способы доставки грузов, таких как антитела, через гематоэнцефалический барьер.

В работе, которая привела к текущему исследованию, ученые UAB показали, что могут заключать различные макромолекулярные грузы в оболочки из PMPC, и эти нанокапсулы демонстрировали пролонгированную циркуляцию в крови, сниженную иммуногенность и улучшенную доставку в мозг у мышей и нечеловекообразных приматов.

Однако у этой системы были недостатки. Нанокапсулы требовали добавления лигандов для нацеливания на мишень и разрушаемых сшивающих агентов для высвобождения груза в нужном месте. К сожалению, в микроокружении, связанном с заболеванием, часто отсутствуют условия, способные запустить деградацию сшивателей.

Другие исследователи, стремящиеся преодолеть гематоэнцефалический барьер, изучали различные лиганды, отличные от PMPC, для усиления транспорта, такие как лиганды, полученные из микробов и токсинов, или эндогенные белки, такие как липопротеины. Они, как правило, имели нежелательные поверхностные свойства — высокую иммуногенность, гидрофобность или заряд. PMC не проявляет этих нежелательных черт.