Наночастичная вакцина может предотвратить метастазирование рака в легкие, воздействуя на белок

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали экспериментальную вакцину, способную предотвратить распространение метастатических раков в легкие. Ключевые компоненты вакцины — наночастицы, созданные из бактериальных вирусов, — были сконструированы для воздействия на белок, играющий центральную роль в росте и распространении рака.

У мышей вакцина значительно уменьшила распространение метастатического рака молочной железы и меланомы в легкие. Она также повысила выживаемость мышей с метастатическим раком молочной железы после хирургического удаления первичной опухоли. Результаты опубликованы 16 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Метастазирование — это процесс миграции раковых клеток из первичного очага в другие части тела. Недавние исследования выявили белок S100A9, обычно выделяемый иммунными клетками, как ключевого игрока в этом процессе. В норме он регулирует воспаление. Однако избыток S100A9 может притягивать раковые клетки как магнит, заставляя их формировать агрессивные опухоли и облегчая их распространение в другие органы, например, в легкие.

Команда под руководством Николь Штайнмец, профессора наноинженерии, разработала кандидата в вакцины, способного модулировать уровни S100A9, когда тот выходит из-под контроля. При подкожной инъекции вакцина стимулировала иммунную систему мышей к выработке антител против S100A9, эффективно снижая уровни белка и минимизируя метастазирование рака в легкие. Вакцина также увеличила экспрессию иммуностимулирующих белков с противоопухолевыми свойствами, одновременно снизив уровни иммуносупрессивных белков.

"S100A9, как известно, формирует так называемую предметастатическую нишу в легких, создавая иммуносупрессивную среду, которая позволяет опухоли закрепиться и расти", — сказал первый автор исследования Йонг Хун (Эрик) Чунг. — "Снижая уровни S100A9, мы можем эффективно противодействовать формированию этой ниши, что приводит к уменьшению притяжения и увеличению очистки раковых клеток в легких".

"Это умный новый подход к вакцинации, поскольку мы нацелены не на опухолевые клетки, а на микроокружение опухоли, чтобы предотвратить образование новых опухолей первичной опухолью", — сказала Штайнмец. — "Мы, по сути, меняем всю иммунную систему, чтобы она стала более противоопухолевой".

Как это работает

Вакцина состоит из наночастиц, созданных из бактериального вируса Q beta. Наночастицы были выращены из бактерий E. coli и выделены. После этого к их поверхности присоединили фрагмент белка S100A9.

Принцип действия в том, что наночастицы вируса Q beta служат приманкой для иммунной системы. Этот вирус безвреден для животных и людей, но иммунные клетки распознают его как чужеродный и активируются для поиска патогена. Когда иммунные клетки видят, что вирусные наночастицы демонстрируют фрагмент белка S100A9, они вырабатывают антитела для атаки на этот белок.

Преимущество использования антител, по словам Штайнмец, в том, что они помогают поддерживать уровни целевого белка под контролем.

"При такой форме иммунотерапии мы не обязательно полностью удаляем белок, но мы снижаем его уровни повсеместно", — сказала Штайнмец.

Тестирование кандидата в вакцины

Вакцину тестировали на мышиных моделях метастатической меланомы и тройного негативного рака молочной железы — агрессивного и трудно поддающегося лечению типа рака. Сначала здоровым мышам вводили вакцину, а затем вводили внутривенно клетки меланомы или тройного негативного рака молочной железы. У вакцинированных мышей наблюдалось значительное снижение роста опухолей в легких по сравнению с невакцинированными. У невакцинированных мышей введенные раковые клетки циркулировали по всему телу и в конечном итоге оседали в легких, образуя метастатические опухоли.

Исследователи отмечают, что эта стратегия вакцинации борется с распространением опухоли, а не с самой первичной опухолью.

"Хотя S100A9 действительно сверхэкспрессируется в некоторых первичных опухолях, он в основном связан с метастатическим заболеванием и прогрессированием", — сказал Чунг. — "Белок участвует в формировании иммуносупрессивного микроокружения опухоли. Поэтому мы обнаружили, что наша вакцина гораздо эффективнее в снижении метастазирования, а не в уменьшении роста первичных опухолей".

Другой набор экспериментов продемонстрировал потенциал вакцины обеспечить защиту от метастазирования рака после хирургического удаления первичной опухоли. Мыши с опухолями тройного негативного рака молочной железы, получившие вакцину после операции, продемонстрировали 80% выживаемость, в то время как после операции выжили 30% невакцинированных мышей.

"Эти результаты наиболее клинически значимы, поскольку они близко моделируют то, что может произойти в реальной жизни", — сказала Штайнмец. — "Например, пациенту с агрессивным раком, перенесшему операцию по удалению опухоли, может угрожать рецидив и метастазирование в легкие. Мы предполагаем, что эту вакцину можно будет вводить после операции, чтобы предотвратить такой рецидив и рост метастатического заболевания".

Следующие шаги

Прежде чем вакцина сможет перейти к испытаниям на людях, необходимы более комплексные исследования безопасности.

"S100A9 — это эндогенный белок в легких, и существует не так много данных, демонстрирующих, что происходит при его устранении", — сказал Чунг. — "Мы знаем, что S100A9 важен для очистки от патогенов, и будущие исследования должны лучше проверить, снижает ли уменьшение уровней S100A9 способность пациента бороться с инфекциями, особенно у онкологических пациентов с ослабленной иммунной системой".

Будущая работа также будет изучать эффективность вакцины в комбинации с другими методами лечения рака с целью повышения ее действенности против трудноизлечимых видов рака.