Как мы видим, даже на примере Ковида-19, организм сам умеет справляться с инфекцией. Надо ему только помочь.
Помогать можно по-разному. Иммунитет человека - это много-эшелонированная оборона. Она работает по принципу первичного контакта и сдерживания (до подхода основных сил - наработки специфичных антител).
В этой статье расскажу, как помогают на этапе первичного контакта.
На первом этапе вирус окружают и пытаются распознать. Если организм уже имел дело с чем-то подобным, тогда "клеткам-памяти" (B-лимфоциты, несущие специфичные иммуноглобулины к известному антигену) требуются считанные дни, чтобы размножить предсуществующий специфичный клон.
Если антиген не знакомый, то клеткам неспецифичного иммунитета приходится работать на сдерживание, до тех пор, пока не сформируется специфичный. На это уходит гораздо больше времени, и многое зависит от ресурсов (здоровья), а оно-то как раз не всегда "на высоте".
В резерве организма имеются так называемые "натуральные киллеры" (NK-клетки), просто потому, что они так себя и ведут "в натуре". Это клетки, которые убивают другие клетки.
Убивают не всех подряд, а те инфицированные, которые начинают секретировать особые рецепторы, лиганды-опасности.
Для их распознавания у NK имеется специальный инструмент NKG2D рецептор, который ищет эти самые лиганды (NKG2DL).
Описанный механизм хорошо изучен, и на его основе было много попыток развить направление NK-иммунотерапии. Но зачем помогать, если и так всё работает?
К сожалению, NK - это только резерв, их немного, они коротко-живущие, и в них генетически не заложен механизм клонального размножения, когда нарабатывается огромное количество клеток специфичного иммунитета.
Обучение NK
Раз генетически не заложен, то на сегодняшний день, это уже поддается коррекции (PMID: 24667963). Толчком послужила технология создания CAR-терапии при лейкозах, когда цитотоксические Т-лимфоциты (тоже "киллеры") обучают распознавать "вражеский" антиген, минуя стадию презентации его B-клетками и наработки специфичного клона (подробнее о механизме презентации антигена здесь).
CAR - это химерное рецепторное антитело. Химера состоит из искусственно созданного антитела (scFv), привязанного линкером к сигнальному пептиду (PMID: 22474489). Зачем? Так удобней их кодировать in vitro в живых системах-продуцентах (бактерии, растения, насекомые, клеточные культуры).
Антитело (scFv) требуется для распознавания конкретного антигена, а сигнальный пептид - для активации у клеток-"киллеров" их "убийственных" способностей, после взаимодействия с клеткой-мишенью.
Принцип генетического программирования
С учетом современных возможностей генной инженерии схематически довольно просто.
Последовательность, кодирующую CAR помещают в лентивирусный плазмидный вектор (PMID: 25740942), который затем засовывают в клетки - киллеры, предварительно взятые у пациента. Убедившись, что клетки получили "посылку", и она там работает, клетки возвращают пациенту обратно. Данный метод относят к ДНК - вакцинам.
Иногда (с целью снижения токсичности) в качестве "посылки" используют не сам вектор, а мРНК с той последовательности, которую он кодирует (PMID: 30962163). Этот метод - разновидность РНК-вакцин.
--------------------------------------------------------------------------------------------------
- Терапевтические антитела на основе CAR - NKG2D - универсальны, поскольку лиганды (NKG2DL) секретируются не только инфицированными, но и клетками, подвергшимися онко-трансформации. В норме этих лигандов нет.
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Поэтому с помощью перепрограммированных таким образом NK-клеток можно решать разные прикладные задачи:
Прикладная задача №1: лечение SARS-CoV-2
Ученые из Чунцинского Медицинского Центра разработали рекомбинантный CAR, который нацеливает NK-клетки сразу на две мишени: NKG2DL и ACE-2. Таким образом, под прицел попадают все инфицированные Ковидом клетки организма, несущие ACE-2 рецептор.
Дополнительно пациенту будет введен коктейль из его собственных перепрограммированных NK-клеток и секретирующих Интерлейкин-15 с антителом, подавляющее синтез GM-CSF.
ИЛ-15 является известным индуктором NK и цитотоксических Т-лимфоцитов при антивирусном ответе (Собко и др., 2015). Он будет поддерживать рост и пролиферацию NK - клеток на постоянном уровне.
GM-CSF (колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов) один из ключевых цитокинов воспаления, "виновных" в развитии опасного для жизни респираторного дистресс синдрома (РДСВ), требующего применения интенсивной терапии, включая ИВЛ.
Стоит отметить, что в отношении GM-CSF, приводящего к чрезмерному воспалению легких, компания Kinevant Sciences готовит испытания ( NCT04351243) нейтрализующего антитела - Гимсилумаба, в качестве вспомогательной терапии при лечении корона-инфекции.
В настоящее время проводится апробация NKG2D-ACE-CAR NK/ NK-IL15, NK-GM-CFF-терапии в рамках 2-ой фазы клинического испытания (NCT04324996).
Данный подход включен в список перспективных технологий направленных на лечение SARS-CoV-2.
Прикладная задача №2: лечение рака
Экспрессирующий вектор удобен тем, что он подобен модульной конструкции. У вас есть основа: плазмида, есть промотор - движок, который запускает синтез и модули - гены, кодирующие нужные вам белки.
Перед вами схема вектора для программирования NK, и кодирующего CAR -первого поколения, т.е. простейшую комбинацию из антитела (ScFv-NKG2D) + сигнальный пептид DAP12.
Последующие поколения CAR отличаются усложнением конструкций за счет внесения дополнительных модулей, например ко-активаторов
Занимательно, но вектор первого поколения фактически кодирует те же самые рецепторы, которые в норме синтезируются NK-клетками. Тем не менее показано, что перепрограммированные таким образом NK-клетки способны достаточно эффективно бороться с метастазами при колоректальном раке.
Работа была проведена в рамках пилотных клинических испытаний 1-ой фазы NCT03415100 на базе госпиталя при Медицинском Университете в Гуанчжоу.
По такому же принципу программируются NK - клетки для лечения и других типов онкологических заболеваний, например рака простаты, где терапевтический вектор может дополнятся дополнительным модулем scFv, ориентированным на PSCA (простат-специфический антиген) ( PMID: 25740942).
Резюме:
Вот таким образом современные технологии позволяют генетически профилировать иммунные клетки на разных этапах взаимодействия иммунитета с чужеродными агентами.
Общий смысл этих манипуляций: максимально быстро обучить клетки иммунитета с минимальными затратами внутренних резервов организма.
Т-клетки и сами обучаются, но делают это медленно, а времени "в обрез", NK-клетки срабатывают, но их мало, они быстро "выдыхаются".
Прикладная наука дополняет их работу всеми знаниями в области иммунологии, клеточной и молекулярной биологии, превращая их в своеобразных клеточных биороботов.
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Желающие образовываться подписывайтесь на канал
---------------------------------------------------------------------------------------------------
- Текущие и планируемые в 2020 г. клинические испытания на основе NKG2D иммунотерапии:
_____________________________________________________________________________________
О программировании Т-клеток - читайте в моих следующих постах