Ученые из Университета Райса (Rice University), ведущие кибервойну с раком, считают, что самым могущественным союзником врачей является иммунная система.

Лимфоциты в атаке на раковую клетку.
(Фото: thinkstockphotos.com/Rice University)

«Недавние исследования показали, что рак умело ведет кибервойны против иммунной системы, и мы изучали взаимосвязь между раком и иммунной системой, чтобы узнать, как можно его победить», – говорит Эшель Бен-Якоб (Eshel Ben-Jacob), PhD, соавтор нового исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Профессор Бен-Якоб и его коллеги из Центра теоретической биологической физики (Center for Theoretical Biological Physics) Университета Райса и Онкологического центра Андерсона Техасского университета (The University of Texas MD Anderson Cancer Center) разработали компьютерную программу, моделирующую специфический канал межклеточной коммуникации с участием экзосом. Экзосомы – мельчайшие пакеты белков, матричных РНК и других информационных молекул, используемые как раковыми, так и иммунными клетками для передачи информации другим клеткам.

«По существу, экзосомы – небольшие пакеты информации, упакованные и запечатанные в маленькие наноразмерные пузырьки [30–200 нм]», – объясняет профессор Бен-Якоб. «Эти наноносители снабжены специальными маркерами, так чтобы они могли быть доставлены к конкретным типам клеток, и содержат много специфической информации в виде сигнальных белков, фрагментов РНК, микроРНК и других молекул. Эти наноносители могут приказать поглотившим их клеткам-мишеням изменить то, что они делают, а в некоторых случаях даже изменить их идентичность».

Последние исследования показали, что дендритные клетки используют экзосомальную коммуникацию для выполнения своей специализированной функции модераторов врожденной и приобретенной (адаптивной) систем иммунитета, а также играют посредническую роль во взаимодействии этих систем. В защите организма от болезней врожденная и адаптивная системы используют разные стратегии. Врожденная система защищает от всех угроз в любой момент времени и первой начинает действовать даже против неопознанных захватчиков. В отличие от нее адаптивная иммунная система действует более эффективно и, особым образом, в отношении распознанных, уже известных угроз. Дендритные клетки, являющиеся частью как врожденной, так и адаптивной систем, передают информацию и помогают обучению относящихся к адаптивной системе клеток охотников-киллеров. Они учат клетки-киллеры тому, какие клетки должны быть их мишенью и как лучше их уничтожить.

«На это исследование нас вдохновили две статьи – одна, в которой показано, как дендритные клетки используют экзосомы для борьбы с раком, а другая, в которой показано, как раковые клетки кооптируют экзосомальную систему как для предотвращения производства дендритных клеток костным мозгом, так и для подавления обучающей способности дендритных клеток», – рассказывает Бен-Якоб. «Это кибервойна, простая и в чистом виде. Рак использует собственную коммуникационную сеть иммунной системы, чтобы атаковать не солдат, а генералов, координирующих защиту организма».

Чтобы исследовать роль опосредованной экзосомами межклеточной коммуникации в битве между раком и иммунной системой, Бен-Якоб и его коллеги из CTBP создали компьютерную модель, отражающую отдельные аспекты обмена экзосомами между раковыми клетками, дендритными клетками и другими клетками иммунной системы.

«Представьте себе, что между раком и иммунной системой идет перетягивание каната», – говорит соавтор исследования содиректор CTBP Хосе Онучик (José Onuchic), профессор физики и астрономии. «Иногда побеждает одна сторона, а иногда – другая. Вопрос состоит в том, сможем ли мы в достаточной степени понять эту битву, чтобы использовать лучевую или химиотерапию таким образом, чтобы изменить баланс в перетягивании каната в пользу иммунной системы».

Основываясь на своих данных, Бен-Якоб и Онучик считают, что ответ, скорее всего, да. В частности, их модель показала, что присутствие экзосом создает ситуацию, когда могут существовать три возможных состояния рака, и одно из этих состояний – промежуточное состояние, в котором рак не является ни сильным, ни слабым, а иммунная система находится в состоянии повышенной готовности, – может стать ключом к новому терапевтическому подходу, причем с меньшими побочными эффектами.

«Если экзосомы не включены, существует только два возможных состояния: одно, когда рак силен, а иммунная система слаба, а другое, когда рак слаб, а иммунная система сильна», – объясняет Бен-Якоб.

Хотя состояние, когда рак ослаблен, предпочтительнее, накапливается все больше клинических данных, которые показывают, что перевести рак напрямую из сильного в слабое положение очень трудно, отчасти потому, что облучение и химиотерапия ослабляют как рак, так и иммунную систему.

«Хорошо известно, что рак отступает после лечения только для того, чтобы вернуться еще более сильным всего через несколько месяцев или недель», – говорит соавтор исследования Сэм Ханаш (Sam Hanash), профессор клинической профилактики рака. «Новая модель отражает эту динамику и предлагает альтернативные сценарии, в соответствии с которыми иммунная система выполняет свою работу по борьбе с раком».

Исследователи показали, что чередующимися циклами лучевой или химиотерапии и иммуностимулирующего лечения рак можно перевести из сильного в умеренное состояние.

«Наша модель показывает, что всего несколько таких циклов могут изменить баланс рак-иммунная система и помочь иммунной системе перевести рак в умеренное состояние», – продолжает Бен-Якоб. «Находящийся в промежуточном состоянии рак можно ослабить несколькими короткими импульсами повышения иммунитета. Использовать двухэтапный процесс и перевести рак из сильного в промежуточное, а затем из промежуточного в слабое состояние гораздо более эффективно. Без экзосом – наноносителей в кибервойне между раком и иммунной системой – и третьего состояния этот двухэтапный подход был бы невозможен».

Оригинальная статья:

Modeling putative therapeutic implications of exosome exchange between tumor and immune cells