Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • AI
  • medtech
  • ММИФ-2018

Противораковые РНК-вакцины

Boris-Klimovich.jpgБорис Климович,
научный сотрудник института молекулярной онкологии,
университет Марбурга, Германия.

Исходный текст опубликован в профиле ninavaccina в Инстаграме.

Написать пост о вакцинах против рака меня подвигли две вещи:

Во-первых, разумеется, – вручение Нобелевской премии за иммунотерапию рака.

Во-вторых – доклад, который прочитал на Frankfurt cancer conference Ugur Sahin, основатель компании Biopharmaceutical New Technologies (BioNTech) и один из создателей описанной ниже технологии персональной иммунотерапии рака.

В тексте речь пойдет только об одной из технологий создания противоопухолевых вакцин. Есть и другие, но эта пока самая красивая и, как мне кажется, самая близкая к широкому применению.

Важно понимать, что в случае противоопухолевых вакцин речь идет, в отличие от обычных прививок, не о профилактических вакцинах, а о терапевтических.

Профилактических вакцин «против рака» всего две: от гепатита В и вируса папилломы человека. Они направлены на выработку иммунитета против возбудителей, вызывающих злокачественные опухоли, еще до встречи с этими возбудителями в реальной жизни.

Терапевтические противоопухолевые вакцины не могут предотвратить рак у здорового человека, но могут вылечить его у больного.

Для начала, как всегда, немного теории.

Итак, все знают, что рак вызывает мутации, то есть изменения в структуре ДНК. Эти изменения «ломают» ряд генов в клетке. Белки, кодируемые этими генами, либо не производятся вовсе, либо отличаются от нормальных. Некоторые «неправильные» белки и функцию свою выполняют неправильно, и вызывают тем самым злокачественный рост клеток. Другие же просто сломаны и никак на клетку не влияют. Такие «сломанные» белки называются опухолевыми антигенами, или неоантигенами. Их нет в нормальных клетках, и поэтому иммунная система может распознать их как «чужое» и убить клетки, у которых они есть.

Идея, что раковые клетки могут быть распознаны иммунной системой, очень старая, поэтому попытки создать вакцины, содержащие неоантигены, чтобы «натаскать» иммунную систему на борьбу с опухолью, делались очень давно, с 50х годов. Однако до клинического применения дошла пока лишь одна вакцина, Sipuleucel-t (против рака простаты).

Причин неудачного внедрения противоопухолевых вакцин несколько.

Во-первых, опухоли прекрасно защищают себя от иммунной системы. Они синтезируют специальные стоп-сигналы, которые говорят лимфоцитам: «проходи мимо, не на что тут смотреть». За открытие таких сигналов (их называют иммунные чекпойнты) только что выдана Нобелевская премия, а лекарства-ингибиторы чекпойнтов произвели настоящую революцию в онкологии (но сегодня речь не о них).

Вторая причина провала большинства экспериментальных вакцин – в том, что все опухоли разные. И иммунные системы больных тоже разные. Даже если у многих пациентов с одним типом опухоли мы обнаружим одинаковый белок-неоантиген, приготовим вакцину, содержащую этот белок, и введем ее пациентам, то окажется, что у одних пациентов иммунная система хорошо ответит на вакцинацию, а у других – нет. Напомним, что для развития иммунного ответа чужеродный белок должны показать лимфоцитам дендритные антиген-презентирующие клетки (клетки-свахи, как называет их одна наша коллега, потому что эти клетки «знакомят» лимфоциты с чужеродными молекулами, – я тоже буду дальше использовать это же слово). Чтобы показать белок лимфоцитам, клетки-свахи «надевают» его кусочки на «вилку» – молекулу MHC (major histocompatibility complex, главного комплекса гистосовместимости).

Так вот: у разных людей молекулы MHC разные, и один и тот же чужеродный белок, надетый на разные MHC-«вилки», будет вызывать разный по силе иммунный ответ. То есть нельзя сделать из одного опухолевого неоантигена вакцину, которая будет эффективна для большинства пациентов.

Еще важный момент: вакцина против любой бактерии или вируса – смесь чрезвычайно непохожих ни на что «свое» антигенов. Их очень просто опознать: все равно, что найти в толпе людей в белых халатах человека в костюме Чубакки. Опухолевые же антигены очень похожи на нормальные белки, они почти «свои». Обнаружить такой сродни поискам корейца в толпе китайцев (для европейского глаза).

И наконец: если вакцина все же сработала, привела к образованию специфических лимфоцитов и они набросились на опухоль, то достаточно появится нескольким опухолевым клеткам, не несущим этого неоантигена, как опухоль тут же станет снова невидимкой для иммунитета. Это называется antigen escape, или антигенное избегание, и тоже сильно снижает эффективность вакцин.

Итак, подытожим.

Создание терапевтических вакцин против опухолей – задача реальная, сама природа рака этому способствует. Но такие вакцины пока остаются малоэффективными. Сделать вакцину, подходящую всем, мешает то, что опухоли защищают себя от иммунитета, очень отличаются друг от друга, и неоантигены у них разные. Есть лишь некоторые типы опухолей, в которых часто встречаются одни и те же неоантигены, которые можно включить в состав вакцины. Большинство же опухолей в плане антигенов уникальны. Кроме того, дендритные клетки-свахи у разных людей неодинаково эффективно демонстрируют один и тот же неоантиген лимфоцитам. Да еще и опухоли запросто «сбегают» из-под иммунного надзора. Звучит не очень оптимистично, не правда ли? Вот если бы можно было преодолеть эти преграды, тогда….

И, похоже, что команде ученых из Майнца (выросшей за несколько лет в компанию BioNTech) это удалось. Они решили одним выстрелом убить всех зайцев и разработали фантастическую технологию создания персональных противоопухолевых вакцин.

Итак, поехали.

Рабочая группа из Майнца получила образец биопсии пациента с меланомой.

1. Главная проблема: как обнаружить, какие неоантигены содержатся в опухоли конкретного пациента? Команда BioNTech решила эту проблему просто: они секвенируют («читают») весь геном (ДНК) опухоли (а точнее, ту его часть, которая кодирует белки), а также всю РНК опухоли (об этом ниже). Параллельно читается ДНК из нормальных клеток. Сейчас это можно сделать за несколько сотен долларов за пару дней. Дальше в дело вступают очкарики-биоинформатики. Они сличают геном нормальной клетки с геномом опухоли и ищут отличия (да-да, как в детских журналах «найди 10 отличий»). Так получают список всех мутаций, содержащихся в опухоли, «молекулярный портрет», который отличает опухолевую клетку от нормальной.

2. Геном человека содержит около 20 тысяч генов (по новым данным, примерно столько генов кодируют белки, и еще столько же – РНК, так что общее число необходимых для работы человеческого организма генов составляет почти 50 тысяч), но не все гены работают в каждой клетке.

Значит, далеко не все мутации, найденные в опухоли, находятся в активных генах и приводят к продукции неоантигенов. Нужно идентифицировать те мутации, которые находятся в активных генах, с которых считываются измененные белки. Для этого в биоинформатике используют данные секвенирования РНК: если в клетке есть РНК гена, это значит, что ген активен и в клетке производится данный белок. После того, как найдены настоящие неоантигены, нужно выбрать лучшие из них.

3. Дальше в дело вступают сложные алгоритмы, цель которых определить, какие антигены способны вызвать наилучший иммунный ответ у данного пациента. Напомним, что дендритные клетки-свахи показывают Т-лимфоцитам не целые белки, а маленькие кусочки (пептиды) длиной 10-20 аминокислот. И делают они это, «надев» пептид на вилку-рецептор MHC. Молекулы MHC у всех людей разные, каждый человек несет несколько вариантов генов MHC от мамы и несколько от папы, а всего существует несколько сотен вариантов. Каждая разновидность MHC может лучше представлять лимфоцитам одни виды пептидов, и хуже – другие. Информация о том, какие разновидности MHC какие пептиды связывают лучше, а какие хуже, была добыта иммунологами в результате фантастической по объему работы, и теперь содержится в специальных базах данных. Поэтому, взяв набор неоантигенов, а также информацию о том, какие гены MHC есть у пациента (мы же знаем его геном!), мы можем смоделировать, какие антигены лучше всего подойдут к конкретным МНС-вилкам дендритных клеток, и тем самым выбрать только те неоантигены, которые имеют наибольший шанс вызвать иммунный ответ. В BioNtech выбирают по 10 лучших неоантигенов для каждой опухоли. Из этого вытекает очень важное следствие: вакцина будет содержать МНОГО антигенов. Даже если к нескольким антигенам иммунитет останется равнодушным, другие смогут запустить иммунную реакцию. Кроме того, помните про antigen escape? Опухоль может легко уйти из под иммунной атаки, потеряв один неоантиген. Потерять сразу 5 или 8 – практически невозможно. Слишком мала вероятность, что в одной клетке выключатся сразу 5 генов. Поэтому и избежать внимания иммунитета ей будет намного труднее.

4. Итак, гении-биоинформатики из Майнца составили полный генетический портрет своего врага, и выбрали самые заметные черты, по которому иммунитету конкретного данного пациента будет проще всего опознать раковые клетки. Что дальше? Дальше надо делать вакцину. И тут кроется основная трудность. Нам нужно как-то приготовить 10 маленьких белков, очистить их в большом количестве, возможно, прицепить их к носителю или адъюванту (если вы помните, иммунная система плохо узнает маленькие белки и другие биомолекулы, если они не прицеплены к чему-то большому и иммуногенному (например, вакцины против менингококка или Hib – гемофильной инфекции типа b). В них к носителю пришиты не пептиды, а полисахариды, но суть та же. Дополнительная проблема состоит в том, что с белками сложно работать. Они все уникальны, каждый белок требует индивидуальной процедуры очистки, они капризны, легко выпадают в осадок, синтезировать их химически очень дорого, нарабатывать в бактериях или дрожжах тоже непросто. И весь производственный процесс нужно разрабатывать и адаптировать заново для каждого пациента. Невозможно, правда?

Правда. Ученые из BioNtech это прекрасно понимали, поэтому придумали невероятно изящное решение. Они подумали: а что если дать антиген-презентирующим клеткам (свахам) не сами белки, а инструкцию для их производства? Вся информация о структуре белков в клетке записана в ДНК. С нее считывается РНК, и как раз она является конечной инструкцией для производства белка. Если хотите, ДНК – это производственная документация в архиве завода, а РНК – это чертеж, который лежит на станке у рабочего, вытачивающего деталь.

Чем же РНК лучше белка?

РНК очень легко и дешево синтезировать и очищать в больших количествах. Химические свойства РНК практически не зависят от того, какая информация в ней записана, изготовить уникальную РНК для каждого пациента очень просто, нужно всего лишь поменять несколько сотен «букв» в генетическом коде, и сделать это можно за пару дней. И, что очень важно, ее достаточно просто доставить в клетку. Дальше клетка сделает из нее сложный белок сама. Как же производят такую вакцину?

5. Биотехнологи придумали специальный «каркас» из РНК, в который остается лишь вставить генетическую информацию о тех самых 10 пептидах-неоантигенах из опухоли больного. Этот каркас содержит специальные сигналы, говорящие клетке, откуда надо начать считывать белок, где надо остановиться, а также еще специальный сигнал-ярлычок, дающей клетке команду: «после синтеза надень этот белок на вилку-MHC и вытащи на свою поверхность». Для начала всю это конструкцию собирают в пробирке в виде плазмиды – небольшой кольцевой молекулы ДНК (это стоит около 150 долларов и сделать это может любой смышленый студент-магистр). Дальше эту плазмиду размножают в бактериях, выделяют и смешивают с ферментом РНК-полимеразой. РНК-полимераза садится на ДНК и копирует всю последовательность гена в виде молекулы РНК. Все, инструкция готова, чертеж вылез из принтера, осталось доставить его на станки к клеткам-свахам.

6. Как же доставить вакцину к дендритным клеткам? Оказалось, что очень просто: достаточно ввести РНК прямо в лимфоузел под контролем УЗИ. Основная работа клеток-свах состоит в том, чтобы нахватывать из окружающего пространства все что попало и презентовать эти «сокровища» лимфоцитам. Плавающую вокруг РНК они тоже с удовольствием захватят. И тут же начнут изготовлять то, что начерчено в этом чертеже, а именно – цепочку из 10 неоантигенов, точно таких же, как в опухоли. Изготовив эту цепочку, они сразу потащат ее на поверхность и нацепят на вилку-MHC II (помните, наши чудо-инженеры из Майнца специальный ярлычок для этого прицепили?). Помимо доставки в клетку-сваху готовой инструкции по производству опухолевых антигенов, РНК выполняет еще одну очень важную роль. У клетки-свахи есть специальные сенсоры (TLR), которые реагируют на избыток РНК внутри клетки, потому что такой избыток, как правило, означает, что клетка инфицирована вирусом. Так вот, наша РНК-вакцина «симулирует» заражение клетки вирусом. Это буквально «заводит» клетку, она активируется, выставляет рядом с вилкой главного комплекса гистосовместимости дополнительные красные флажки и всеми силами старается показать проходящим мимо лимфоцитам, что она заражена. Проигнорировать такую сваху лимфоцит не может. Только вот сваха покажет ему не кусочки вируса, а кусочки опухолевых неоантигенов.

7. Все. Дело сделано. Начинает формироваться иммунный ответ. Поскольку дело происходит не в самой опухоли, а в далеком от нее лимфоузле, куда выделяемые опухолью стоп-сигналы не доходят, иммунитет не тормозится и там собирается армия Т-лимфоцитов, готовых уничтожать опухоль. Гениально, не правда ли?

И что, неужели это работает, спросите вы?

Статья Sahin et al. Personalized RNA mutanome vaccines mobilize poly-specific therapeutic immunity against cancer с данными первых испытаний технологии на людях вышла в Nature в июле 2017 года (через 2 года после статьи с испытаниями на мышах, это фантастическая скорость!). Авторы выбрали для первого испытания 13 пациентов с меланомой III-IV стадии, с множественными метастазами (это пациенты с плохим или очень плохим прогнозом). Для каждого из них была изготовлена индивидуальная РНК-вакцина, и они получили минимум по 8 доз вакцины в течение года. Все перенесли процедуру хорошо. Два пациента, к сожалению, умерли в течение периода наблюдения в результате прогрессии меланомы. У 10 пациентов не было зарегистрировано ни одного рецидива за весь период наблюдения (12-24 месяца). Более того, после вакцинации у одного пациента исчезли множественные прогрессирующие метастазы, устойчивые к облучению (без вакцины этот человек был бы обречен).

Одним словом, вакцина показала отличную эффективность в первых клинических исследованиях.

Кстати, почему именно меланома? Дело в том, что меланомы образуются на коже. Кожа постоянно подвергается воздействию солнечного ультрафиолета; УФ – мутаген, поэтому в меланомах самое большое количество мутаций из всех опухолей, то есть много неоантигенов, поэтому меланомы очень иммуногенны.

Что же дальше, спросите вы? А дальше небольшая научная группа из Майнца выросла в ту самую ужасную ФАРМУ, которую так любят обвинять во всех грехах и боятся. Вы ведь наверняка читали что-то вроде: фарме невыгодно создавать эффективные лекарства от рака, потому что тогда его вылечат, и они не смогут продавать свою ужасную химию, поэтому все прорывные терапии скрывают. Знакомо, да?

Да-да, скрывает фарма прорывные технологии. По факту, через год после опубликования первых клинических данных: в компании BioNtech работает более 800 сотрудников, они получили более 200 млн долларов инвестиций (цифра сообщена автору сотрудником компании в частной беседе), они ведут огромное клиническое исследование и хотят протестировать технологию на 1500 (!!!) пациентов (напомню, год назад было 13), причем не только на меланоме, а на всех типах рака. Поэтому они вводят ночные смены (!) – не успевают пока масштабировать производство и контроль качества.

Если первые вакцины для пациентов производили около 6 месяцев (не каждый пациент доживет), то сейчас их цель – 6 недель (от получения биопсии до доставки вакцины), и они заявляют, что близки к ней. Плюс они ведут исследования, направленные на поиск причин неудачных вакцинаций.

Дальнейшие перспективы? Надо подождать окончания клинических исследований. Потенциально – технология, способная лечить любые виды рака, причем сравнительно недорогая при массовом производстве. Хотя, как и у любой технологии, наверняка будут свои недостатки и ограничения. Например, они обнаружили, что у одного из умерших пациентов, несмотря на эффективную работу вакцины, опухоль все же смогла обхитрить иммунитет.

Какая басня без морали?

1. Если вы когда-либо думали (или читали и соглашались с этим): «ах, мы так мало знаем про иммунитет, он такой сложный, чтобы в него вмешиваться ужасными вакцинами» – прекратите так думать. Сейчас и насовсем. Про иммунитет знают настолько много, что научились создавать в считанные недели полностью индивидуальную, подогнанную под индивидуальные особенности иммунной системы, вакцину, которая может вылечить меланому IV стадии. Обычные вакцины – песочница по сравнению с этим.

2. Не бывает чудесных «нетрадиционных» способов лечить рак. Человек, утверждающий обратное, с большой вероятностью либо шарлатан, либо воинствующий идиот (с маленькой вероятностью он просто очень плохо информирован). Победить рак могут только наука, технологии и современная медицина. Развивающиеся сейчас методы иммунотерапии внешне мало отличимы от чуда.

Держитесь научного подхода. Не изводите свое внимание, время и деньги на блогеров-целителей и прочих натуропатов, особенно в серьезных случаях. Это может быть опасно для вашего здоровья.


Читать статьи по темам:

лечение рака вакцина иммунная система Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Мишень – HER2

Новая противораковая вакцина «настраивается» специфическим образом для каждого пациента, обеспечивая персонализированное лечение.

читать

Персональная вакцина

Биомедицинский стартап Moderna начал тестировать на первой пациентке персонализированное лекарство от рака.

читать

Усиленные противораковые вакцины

Новая экспериментальная вакцина на основе кожного пигмента меланина усилила иммунный ответ организма на опухоли.

читать

Новая вакцина повышает эффективность лечения лейкемии

Экспериментальная персонализированная противоопухолевая вакцина значительно улучшила результаты лечения пациентов с острой миелоидной лейкемией.

читать

Конференция AACR – 2016

Тема индивидуальных противораковых вакцин была в центре внимания на ежегодной конференции Американской ассоциации научных исследований в области раковых заболеваний (AACR).

читать