Специалисты компании Columbia Engineering разработали пробиотики для безопасной доставки иммунотерапевтических препаратов непосредственно внутрь опухолей, в частности наноантител против двух проверенных терапевтических мишеней – белков PD-L1 и CTLA-4. Созданные бактерии высвобождают лекарственное вещество равномерно в течение длительного времени и продолжают атаковать опухоль всего после одной дозы, стимулируя иммунный ответ, что в итоге приводит к регрессу болезни.

Универсальная пробиотическая платформа также может быть использована для одновременной доставки сразу нескольких иммунотерапевтических препаратов, что позволит высвобождать эффективные лекарственные комбинации внутри опухоли. Такой подход можно будет применять для воздействия на новообразования, трудно поддающиеся лечению, такие, например, как рак толстого кишечника.

Антитела, воздействующие на иммунные контрольные точки PD-L1 и CTLA-4, произвели революцию в иммунотерапии рака, обеспечив успех в лечении множества подвидов онкологии. Однако системная доставка этих антител также может вызывать серьезные побочные эффекты, о чем сообщает большой процент пациентов. Кроме того, комбинации таких лекарств, хоть и более эффективны, чем терапия одним препаратом, оказываются высокотоксичными, что иногда приводит к прекращению их приема. Команда ученых под руководством Таля Данино пыталась справиться с этими недостатками иммунотерапии.

«Мы задались целью разработать безопасный пробиотический носитель, способный доставлять препараты-ингибиторы иммунных контрольных точек непосредственно к месту локализации опухоли, для минимизации побочных эффектов, – объясняет Таль Данино, доцент кафедры биоинженерии, являющийся сотрудником Междисциплинарного онкологического центра им. Герберта Ирвинга. – Мы также хотели сделать эту систему более универсальной за счет создания ряда иммунотерапевтических комбинаций, включающих цитокины, которые также могут вызывать противоопухолевый иммунный ответ, но доставить их другим путем крайне сложно из-за проблем с токсичностью».

Идея лечить рак с помощью бактерий не нова: еще в 1890-х годах нью-йоркский хирург и исследователь рака Уильям Коли, которого называют «отцом иммунотерапии», продемонстрировал, что введение живых стрептококковых организмов онкологическим больным может уменьшать размер опухолей. Несмотря на то, что его метод так и не получил широкого применения из-за того, что примерно тогда же была открыта радиотерапия, а антибиотики в то время не были так распространены и доступны, врачи на протяжении десятилетий использовали противотуберкулезную вакцину, БЦЖ, для лечения рака мочевого пузыря.

Лаборатория Данино первой стала создавать бактерии для терапии онкологических заболеваний, разрабатывая методы анализа различных штаммов и генетические схемы контроля для эффективного высвобождения противораковых препаратов. В ходе нового исследования ее специалисты стремились создать трансляционную терапевтическую платформу, которая усовершенствовала бы предыдущую схему лизиса. Лизис подразумевает растворение клеток и их систем под влиянием различных агентов, включая ферменты, бактериофаги и антибиотики.

С помощью компьютерного моделирования ученые сначала просканировали множество параметров, чтобы найти оптимальные схемы для максимального высвобождения лекарства внутри опухоли. Затем их интегрировали в геном широко используемого штамма пробиотиков – E.coli Nissle 1917, что привело к появлению нового штамма, который исследователи назвали SLIC. Этот штамм естественным образом способен обнаруживать опухоли и расти внутри них, а геномная интеграция обеспечивает большую стабильность системы и более высокие уровни высвобождения лекарства.

«Мы продемонстрировали, что разработанные бактерии остаются функциональными и локализованными внутри опухоли, продолжая размножаться, по крайней мере в течение двух недель после введения, предотвращая воздействие микробов на здоровые ткани, – говорит профессор Данино. – Тестирование на мышиных моделях рака показало, что, в отличие от предыдущих схем, штамм SLIC был способен разрушать опухоли после однократной дозы. Тот факт, что схема интегрирована в геном, значительно повышает стабильность платформы, что избавляет от необходимости многократных инъекций».

Исследователи испытали новую систему для доставки и высвобождения нанотел, блокирующих белки PD-L1 и CTLA-4 в опухолях, на мышиных моделях лимфомы и колоректального рака. Известно, что опухоли экспрессируют эти контрольные точки, чтобы подавить реакцию иммунной системы, нарушая работу Т-клеток. Цель блокирования этих белков состоит в том, чтобы снять иммунитет с «тормоза» и дать возможность Т-клеткам атаковать рак. Прямое сравнение с клинически значимыми антителами против той же мишени показало, что терапия пробиотиками более эффективна, так как привела к полной регрессии опухоли и предотвращению образования метастазов на мышиных моделях лимфомы на ранних и поздних стадиях.

Полагаясь на универсальность этой системы, ученые испытали ее в борьбе с более сложными видами онкологии, такими как колоректальный рак, который менее чувствителен к традиционной иммунотерапии. Они связали нанотела против иммунных контрольных точек с цитокином для более сильной стимуляции иммунной системы. Однократная доза этого пробиотического коктейля привела к регрессии опухоли без видимых побочных эффектов.

«Мы показали, что комбинация трех иммунотерапевтических соединений может успешно блокировать рост опухоли при видах рака, которые обычно плохо реагируют на иммунотерапию, – говорится в докладе ученых. – Наши эксперименты продемонстрировали, что всего одна доза терапии пробиотиками приводит к длительному локализированному высвобождению лекарственных веществ и выведению популяции бактерий из организма после разрушения опухоли».

В настоящее время команда продолжает исследования для изучения безопасности и токсичности разработанного пробиотика на генетически модифицированных мышиных моделях рака. В случае их успеха ученые смогут начать испытания новой технологии на людях уже к концу этого года.

Заявка на лечение