Sterowany światłem przełącznik odpornościowy może służyć do zabijania komórek nowotworowych

Niedawno naukowcy z Instytutu Inżynierii Procesowej (IPE) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) i Uniwersytetu Chińskiej Akademii Nauk (UCAS) opracowali nowatorską platformę szczepionki z całych komórek nowotworowych (TCV), która może osiągnąć optymalną skuteczność pulsu wzmocnienie odporności poprzez zastosowanie oświetlenia bliskiej podczerwieni (NIR) w miejscu szczepienia na żądanie, w zależności od progresji nowotworu. Wyniki badań opublikowano w Internecie w czasopiśmie Nature Communications.
Co to jest szczepionka zawierająca całe komórki nowotworowe? Jakie są zalety szczepionki zawierającej całe komórki nowotworowe w porównaniu z innymi szczepionkami przeciwnowotworowymi? Jakie są przyszłe scenariusze zastosowania tej szczepionki? 21 sierpnia reporter „Science and Technology Daily” przeprowadził wywiad z ekspertami, którzy przeprowadzili te badania.
Szczepionka zawierająca całe komórki nowotworowe ma potencjał zindywidualizowanej terapii precyzyjnej
Szczepionki przeciwnowotworowe od dawna uważane są za obiecującą formę immunoterapii nowotworów, która pozwala wykorzystać układ odpornościowy organizmu do zwalczania komórek nowotworowych. Wśród szczepionek przeciwnowotworowych klasycznym rodzajem zindywidualizowanej immunoterapii nowotworów są szczepionki zawierające całe komórki nowotworowe.
„W szczególności szczepionki zawierające całe komórki nowotworowe to szczepionki przeciwnowotworowe otrzymywane poprzez inaktywację całych komórek nowotworowych środkami fizycznymi lub chemicznymi”. Yanlin Lv, współautor artykułu i pracownik naukowy w Instytucie Inżynierii Procesowej, powiedział reporterom, że leczenie inaktywacyjne powoduje, że komórki nowotworowe tracą swoją wewnętrzną rakotwórczość, ale zachowują swoją immunogenność, więc szczepionka zawierająca całe komórki nowotworowe zawiera pełny zestaw antygeny specyficzne dla nowotworu i towarzyszące nowotworowi, które mogą wywołać specyficzną odpowiedź immunologiczną organizmu.
Po szczepieniu antygeny nowotworowe zawarte w szczepionce zostaną uwolnione, co pobudzi komórki prezentujące antygeny (klasa komórek odpornościowych) do ich rozpoznania, wychwytu i prezentacji, a następnie aktywuje układ odpornościowy organizmu do specyficznego zabijania komórek nowotworowych, hamując w ten sposób ich wzrost guza lub jego eliminacji.
Zdaniem Lv Yanlina, w porównaniu z innymi szczepionkami przeciwnowotworowymi, szczepionki zawierające całe komórki nowotworowe mają trzy główne zalety. „Po pierwsze, jeśli chodzi o przygotowanie, szczepionki zawierające całe komórki nowotworowe są surowcami prostymi, niedrogimi i łatwo dostępnymi; jednocześnie szczepionki zawierające całe komórki nowotworowe zawierają wszystkie antygeny nowotworowe, co pozwala uniknąć skomplikowanej procedury identyfikacji antygenów nowotworowych, i może indukować wielowartościową odpowiedź immunologiczną, zmniejszając możliwość ucieczki układu odpornościowego.” Co więcej, szczepionka zawierająca całe komórki nowotworowe ma większy potencjał w zakresie zindywidualizowanej terapii precyzyjnej, ponieważ zawiera autologiczne antygeny nowotworu, powiedział Lv Yanlin.
Jednakże wszystko ma dwie strony, a szczepionki zawierające całe komórki nowotworowe mają swoje wady: ich immunogenność jest słaba, a wywoływana przez nie odpowiedź immunologiczna różni się znacznie w zależności od osoby. Dlatego istnieje pilna potrzeba opracowania nowych koncepcji i technologii poprzez interdyscyplinarny, interdyscyplinarny rozwój w celu uzyskania wzmocnienia odporności na żądanie.
Kierowani przez Ma Guanghui, akademika Chińskiej Akademii Nauk i badacza Instytutu Inżynierii Procesowej oraz Wei Wei, badacza Instytutu Inżynierii Procesowej, naukowcy Instytutu, opierając się na podstawach badawczych immunoterapii nowotworów i inżynierię biologicznych postaci dawkowania, przez wiele lat prowadził wspólne badania nad materiałami fotofunkcjonalnymi i inżynierią biomimetycznych postaci dawkowania z Tian Zhiyuanem, profesorem Wydziału Nauk Chemicznych Uniwersytetu Chińskiej Akademii Nauk.
Rozwiązanie dwóch głównych problemów słabej immunogenności i niekontrolowanej odpowiedzi immunologicznej in vivo
Mówiąc o przygotowaniu szczepionki z całych komórek nowotworowych, Meng Jiaqi, współpierwsza autorka artykułu i doktorantka na Uniwersytecie Chińskiej Akademii Nauk, przedstawiła reporterowi szczegółowy opis przygotowania inaktywowanej szczepionki. Powiedziała: „Inaktywacja szczepionki zwykle obejmuje inaktywację chemiczną, inaktywację fizyczną i inne sposoby. Główną ideą jest zniszczenie struktury białkowej komórki, w wyniku czego traci ona aktywność biologiczną. Inaktywację chemiczną przeprowadza się za pomocą odczynników chemicznych, do powszechnie stosowanych odczynników chemicznych zalicza się roztworem formaldehydu itp.; inaktywacja fizyczna odbywa się za pomocą wysokiej temperatury, światła ultrafioletowego, wielokrotnego zamrażania i rozmrażania oraz innych fizycznych metod radzenia sobie z komórkami.
Meng Jiaqi wyjaśniła, że ​​w procesie przygotowania, po inaktywacji tradycyjnej szczepionki z całych komórek nowotworowych, struktura komórki może zostać uszkodzona, mogą wystąpić problemy takie jak wyciek lub utrata antygenu, co z kolei objawia się słabą odpowiedzią immunologiczną organizmu . W procesie stosowania tradycyjnych szczepionek zawierających całe komórki nowotworowe nadal występuje problem stymulacji słabej odpowiedzi immunologicznej, co odzwierciedla się głównie w niskiej efektywności rekrutacji komórek prezentujących antygen, słabej zdolności do prezentacji antygenu i niekontrolowanej odpowiedzi immunologicznej.
W ramach tej pracy badawczej badacze opracowali specjalny projekt mający na celu rozwiązanie powyższych problemów. „Najpierw wprowadziliśmy do komórek nowotworowych nanocząstki wywołujące efekt fototermiczny i indukowaliśmy je do wytwarzania białek szoku cieplnego poprzez ekspozycję na światło bliskiej podczerwieni, które mogą działać jako endogenne adiuwanty immunologiczne wzmacniające odpowiedź immunologiczną”. Dr Powell, współautor artykułu i członek Szkoły Nauk Chemicznych Uniwersytetu Chińskiej Akademii Nauk, powiedział: „Następnie inaktywowaliśmy leczone komórki nowotworowe poprzez zamrażanie i rozmrażanie, tj. uzyskaliśmy kontrolowana światłem szczepionka z całych komórek nowotworowych (LN-TCV), która zapewnia zatrzymanie w całości antygenów związanych z nowotworem.
Po pojedynczej immunizacji szczepionką zespołowi badawczemu udało się wywołać lokalnie wywołaną, łagodną reakcję zapalną poprzez zastosowanie promieniowania laserowego o bliskiej podczerwieni w miejscu szczepienia. Proces ten sprzyja rekrutacji, aktywacji i prezentacji komórek dendrytycznych, które następnie aktywują limfocyty T w węzłach chłonnych w celu późniejszego zabicia komórek nowotworowych.
Na tej podstawie, w celu monitorowania tempa wzrostu nowotworu, zespół badawczy zaproponował także wskaźnik – Fluvation in Tumor Growth Rate (FTGR). Wahania tempa wzrostu guza można uzyskać poprzez wielokrotne napromienianie laserem bliskiej podczerwieni w miejscu zaszczepienia, co zapewnia standard w zakresie rozsądnego wzmacniania odpowiedzi immunologicznej na żądanie, umożliwiając dokładne dopasowanie wzmacniacza impulsu do procesu rozwojowego guza.
Wyniki fotokontrolowanej szczepionki z całych komórek nowotworowych nadal należą do badań przedklinicznych
Zdaniem Yanlina Lu badanie to rozwiązuje problem słabej immunogenności tradycyjnych szczepionek zawierających całe komórki nowotworowe, a także problem niekontrolowanej odpowiedzi immunologicznej in vivo.
„W procesie konstruowania fotokontrolowanej szczepionki z całych komórek nowotworowych indukowaliśmy produkcję endogennego adiuwanta poprzez fototermiczne ładowanie nanocząstek i napromienianie komórek nowotworowych laserem w bliskiej podczerwieni. Zwykle endogenne adiuwanty są wytwarzane w drodze transgenezy, a nasze podejście jest prostsze , mniej czasochłonny i łatwiejszy w obsłudze niż proces transgenezy za pośrednictwem wirusa.” – powiedział Yanlin Lu.
W międzyczasie zespół badawczy dwukrotnie zamrażał i rozmrażał, aby inaktywować komórki nowotworowe, co z jednej strony zapewniło zatrzymanie wszystkich antygenów związanych z nowotworem i zapobieganie ich wyciekowi; z drugiej strony, szczepionka przygotowana tą metodą zapewniała możliwość przechowywania antygenów nowotworowych przez długi okres czasu w miejscu szczepienia.
Ponadto główną innowacją w tym badaniu jest zastosowanie światła bliskiej podczerwieni – prostej i nieinwazyjnej metody manipulowania odpowiedzią immunologiczną.
„Po jednorazowym podaniu fotokontrolowanej szczepionki z całych komórek nowotworowych napromieniowanie miejsca szczepienia laserem bliskiej podczerwieni powoduje miejscowe rozgrzanie, co tworzy lokalne łagodne środowisko zapalne, co sprzyja rekrutacji komórek prezentujących antygen i zwiększa zasięg przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej i w miarę monitorowania postępu przeciwnowotworowego miejsce szczepienia może zostać ponownie napromieniowane światłem bliskiej podczerwieni w niezbędnym czasie, aby jeszcze bardziej pobudzić odpowiedź immunologiczną i osiągnąć supresję lub usunięcie guza. wyjaśnia Powell.
Zdaniem Yanlina Lu ta nowa platforma szczepionek na komórki całego nowotworu bada możliwość optycznego manipulowania odpowiedzią immunologiczną, która ma duży potencjał i jasne perspektywy przełożenia klinicznego. „W przyszłości ta platforma ma dużo miejsca na rozwój. Mikrośrodowisko nowotworu jest bardzo złożone i możemy rozszerzyć szczepionkę z pojedynczej komórki nowotworowej na różne mieszane komórki tkanki nowotworowej, które mogą zapewnić układ odpornościowy z bogatszą biblioteką antygenów zawierającą więcej antygenów, oferującą możliwość aktywacji bardziej zindywidualizowanej i silniejszej odpowiedzi immunologicznej, co dodatkowo poprawia i wzmacnia efekt terapeutyczny.” Powiedziała.
W przyszłości podczas translacji klinicznej lasery będą mogły zostać zastąpione diodami elektroluminescencyjnymi (LED), a badacze będą mogli zaprojektować zdalnie sterowane i nadające się do noszenia diody LED, aby jeszcze bardziej poprawić przestrzeganie zaleceń przez pacjenta i manewrowość lekarza. Yanlin Lu powiedział: „Możemy nawet wyobrazić sobie przyszłość, w której pacjenci zaszczepieni szczepionkami na komórki całego nowotworu będą mogli otrzymywać telemedycynę w zaciszu własnego domu i leczyć się za pomocą smartfonów, skutecznie aktywując w ten sposób reakcje immunologiczne i medycynę spersonalizowaną w natychmiastowe działanie.”
Warto zauważyć, że naukowcy podkreślili również, że odkrycia są nadal przedkliniczne, a rzeczywista skuteczność kliniczna wymaga dalszej weryfikacji. Przetłumaczone za pomocą www.DeepL.com/Translator (wersja bezpłatna)