Раковые нанотехнологииСовременные подходы к химиотерапии оставляют пациентов с серьезными побочными эффектами, потому что противораковые препараты, предназначенные для уничтожения опухолей, непреднамеренно убивают здоровые клетки в организме.
Но ученые недавно разработали наночастицы, которые могут переносить токсичные лекарства непосредственно в опухоли, сохраняя при этом здоровые ткани. Из-за своего небольшого размера наночастицы выходят из протекающих кровеносных сосудов, характерных для опухолей, и накапливаются в раковой ткани. Опухолевые клетки захватывают частицы, которые, попав внутрь, выделяют свое токсичное содержимое.
Эта локализованная система доставки позволяет врачам назначать пациентам более высокие дозы лекарств, чем обычно допускаются.Ранее предпринимались попытки отразить атаку иммунной системы путем плотного покрытия наночастиц «щетками» из полиэтиленгликоля (ПЭГ), которые физически блокируют адгезию белков, которые обычно осаждаются на инородных телах для привлечения макрофагов. Хотя эти щетки задерживают начало иммунного ответа, они не предотвращают его.Вдохновением для революционной работы Дисчера послужило тринадцать лет, когда группа исследователей показала с помощью генно-инженерных мышей, что белок под названием CD47, который находится в клеточных мембранах почти всех млекопитающих, взаимодействует с рецептором макрофагов, называемым SIRPa, и , тем самым сигнализирует, что ячейка является родной и не подлежит уничтожению.
Полученные данные зависели от удаления мышиного CD47 и подняли много вопросов, в том числе о том, как такие мыши выживают и имеет ли это отношение к людям.Дишер, который во время открытия занимался разработкой наночастиц, которые самоорганизуются в различные формы, понял, что механизм самопознания CD47-SIRPa, в принципе, можно использовать, чтобы помочь наночастицам проскользнуть мимо иммунной системы.
Но также было ясно, что человеческие версии очищенных белков должны быть изучены для любого перевода на человека.
В 2008 году лаборатория Дишера продемонстрировала, что человеческий CD47 действует аналогично мышиному CD47 как «маркер себя» посредством передачи сигналов через рецептор SIRPa. Вскоре после этого группа исследователей выяснила комбинированную структуру человеческого CD47 и SIRPa в атомарных деталях. Лаборатория Discher использовала эту информацию для компьютерного моделирования и определения наименьшей части CD47, которая все еще может связываться с SIRPa. В результате получился короткий пептид, который в лаборатории Дишера химически синтезировали и прикрепили к стандартным наночастицам.
«Восстановление CD47 до необходимого пептида было ключевым шагом», — сказал Дишер. «Секвенирование тысяч геномов человека по всему миру недавно выявило множество вариаций в последовательностях CD47 и SIRPa. Нам нужно было разработать« универсальный »пептид, который мог бы связывать SIRPa и функционировать у всех людей, несмотря на эти различия».
Наночастицы невидимости предотвращают иммунный ответЧтобы проверить, может ли их пептид помочь наночастицам ускользнуть от иммунной системы, команда Дишера ввела мышам как связанные с пептидом наночастицы, так и наночастицы, не содержащие CD47. Оба типа наночастиц содержали флуоресцентный краситель, который позволял ученым отслеживать частицы. В статье, опубликованной 22 февраля 2013 г. в журнале Science, исследователи сообщили, что всего за тридцать минут после инъекции частиц в крови мышей содержалось в четыре раза больше наночастиц, содержащих пептид CD47, чем частиц без пептида, что позволяет предположить, что связанный с CD47 частицы рассматривались макрофагами как аналогичные клеткам, принадлежащим телу.
Ободренные этими первоначальными результатами, команда затем заполнила свои связанные с CD47 наночастицы, а также наночастицы, покрытые ПЭГ без CD47, противораковым препаратом паклитакселом и антителом, нацеленным на опухоль. Команда по отдельности ввела оба типа наночастиц, а также кремофор — стандартный носитель паклитаксела — мышам с опухолями, подобными человеческим. Спустя всего один день опухоли у мышей, которым вводили наночастицы, связанные с CD47, были на 70% больше, чем у мышей, которым вводили наночастицы, покрытые ПЭГ.
Кроме того, наночастицы, связанные с CD47, так же или лучше уменьшали опухоли, как и кремофор, не вызывая никаких побочных эффектов. Команда продолжила документировать молекулярные изменения, которые происходят внутри макрофагов, когда CD47 ингибирует поглощение, предполагая, что для ингибирования клиренса могут использоваться дополнительные лекарства.«Клинические испытания с использованием наночастиц для доставки противоопухолевых препаратов в настоящее время продолжаются, но их устранение со стороны иммунной системы остается серьезным препятствием», — сказала Карен Петерсон, доктор философии, старший советник по программам заочного обучения в NIBIB. «Работа Дисчера представляет собой элегантный подход, который может позволить другим нанотерапевтическим препаратам быть эффективными в клинических испытаниях, обеспечивая молекулярную« аутентификацию », которую организм не распознает как чужеродные».
Петерсон также отметил сочетание биоинженерии и компьютерного моделирования, которое привело к созданию пептида; Способность Дисчера проверить функцию пептидов разного размера сначала с помощью компьютерного моделирования, а затем на основе этих симуляций создать искусственный пептид, позволила ему избавиться от некоторых проблем с угадыванием, сэкономив время и деньги в долгосрочной перспективе.Будущие приложения
Дишер предполагает, что его пептид CD47 можно аналогичным образом использовать для предотвращения иммунного клиренса вирусов, используемых для доставки генов для лечения генной терапией, или для повышения биосовместимости и долговечности более крупных инородных объектов, таких как кардиостимуляторы и имплантаты, части которых со временем могут разрушаться из-за атак. иммунной системой.