Микропузырьки и ультразвук на первый взгляд могут показаться весьма неожиданной паров, однако недавно мы стали свидетелями того, как такая комбинация с успехом применяются в медицине. Недавно разработанный метод лечения использует эти инструменты для доставки иммунотерапевтических препаратов с очень высокой степенью эффективности, значительно снижая рост опухоли в мышиных моделях рака молочной железы. Новая технология показала высокую эффективность при доставке противораковых препаратов в клетки. Depositphotos

Новая методика, разработанная учеными Юго-Западного университета Техаса, получила название "Микропузырьковая ультразвуковая иммунотерапия рака" (Microbubble-assisted Ultrasound-guided Immunotherapy of Cancer - MUSIC) и пополнила растущий список интересных технологий в этой области. В частности, можно использовать микропузырьки для усиления ультразвука, чтобы получить более четкие изображения сердца, задействовать их для вскрытия гематоэнцефалического барьера и доставки лекарств от болезни Альцгеймера или использовать в комбинации с лазерами для разрушения артериальных бляшек.

Кроме того, в настоящее время ведутся довольно перспективные разработки в области лечения рака. Один из подходов предполагает введение в опухоли крошечных пузырьков, наполненных газом, которые с помощью ультразвука взрываются, вызывая механический стресс, уничтожающий раковые клетки. Другой подход направлен на разрушение опухолей с помощью ультразвуковых волн создающих мелкие пузырьки с внешней стороны ткани, что может оказаться особенно полезным при лечении труднодоступных новообразований.

Разработчики технологии MUSIC описывают ее как первую в своем роде. Основным ее отличием от других методов терапии является то, что она предназначена для доставки лекарств, а не для уничтожения раковых клеток с помощью "агрессивных разрушений".  Однако это вовсе не означает, что в данном процессе полностью исключено механическое воздействие. Как объясняет соавтор исследования Жак Люкс, ультразвуковые волны используются для создания небольших отверстий в клеточных мембранах, через которые в клетки попадают лекарственные препараты.

"При воздействии ультразвуковых волн микропузырьки подвергаются колебаниям", - сказал он. "Микропузырьки связываются с клетками и при воздействии высокоинтенсивного ультразвука колебания "толкают и тянут" клеточную мембрану. Это создает поры, которые обеспечивают доставку содержимого микропузырьков в цитозоль клетки".

Разработанная командой система состоит из микропузырьков, заряженных циклическим динуклеотидом cGAMP, который является естественным агентом, вызывающим усиленный иммунный ответ на опухоли путем активации механизма, известного как cGAS-STING. До сих пор методы доставки cGAMP осложнялись плохой стабильностью и скоростью проникновения в клетку, однако команда уверена, что решила эти проблемы с помощью своей новой платформы.

Кроме того, микропузырьки содержат антитела, которые помогают им направленно воздействовать на антигенпредставляющие клетки APCs (разновидность иммунных клеток). Благодаря колебаниям клеточной мембраны, вызванным ультразвуком, cGAMP может более эффективно проникать в APCs и активировать путь cGAS-STING. Это, в свою очередь, настраивает иммунные Т-клетки на атаку, которые затем нацеливаются на опухолевые клетки и уничтожают их.

Впервые в истории ученым удалось доставить cGAMP непосредственно в APCs, и в экспериментах с трижды негативным раком молочной железы на мышиных моделях было обнаружено, что этот метод значительно уменьшает рост опухоли. У 60 процентов мышей, прошедших курс лечения, опухоль была полностью уничтожена, а в Т-клетках сформировалась противоопухолевая память, что помогло предотвратить рецидив опухоли.

Схема, изображающая работу новой технологии MUSIC. Юго-западный университет Техаса

В отдельных экспериментах на мышиных моделях метастатического рака молочной железы команда обнаружила, что метод может быть направлен на первичные опухоли и активировать мощный ответ Т-клеток, в результате чего клетки перемещались на большие расстояния для борьбы с раковыми поражениями в разных частях тела. Добавление к этой комбинации обычного препарата для иммунотерапии в виде блокатора PD-1 предотвратило дальнейшее прогрессирование болезни. Эта комбинированная терапия позволила увеличить среднюю выживаемость на 76 процентов по сравнению с одним только блокатором PD-1.

 "Мы ввели наши микропузырьки в первичную опухоль, задействовали ультразвук и обнаружили, что метастатические новообразования - в частности, опухоли, расположенные в легких, - исчезли", - говорит Лакс.

В пользу команды, готовящейся к клиническому внедрению технологии, говорит то, что микропузырьки уже широко используются в качестве контрастного вещества при ультразвуковой визуализации. Техника MUSIC характеризуется низкой токсичностью, и по мнению исследователей, ее целенаправленный эффект позволит избежать широко распространенного воспаления, связанного с другими методами доставки cGAMP.

"Ультразвуковые сканеры более доступны по цене, чем другие методы визуализации, и присутствуют во всех больницах США", - говорит Лакс. "Наличие относительно недорогой, управляемой с помощью изображения терапии для более эффективного лечения раковых больных было бы очень важно".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology. 

Источники: Юго-западный университет Техаса, журнал Nature Nanotechnology, Википедиа
(https://www.nature.com/articles/s41565-022-01134-z) 
(https://ru.wikipedia.org/wiki/Антигенпрезентирующие_клетки)
(https://www.utsouthwestern.edu/newsroom/articles/year-2022/microbubble-technology.html)