Рак груди на чипе
Существуют разные механизмы, с помощью которых организм реагирует на внедрение посторонних агентов. Один из них связан с Т-клетками иммунной системы, на поверхности которых имеются белки контрольных точек. Они связываются с белками на поверхности других клеток и могут либо к стимулировать, либо подавлять активность Т-лимфоцитов. Обычно поверхностные белки чужеродных клеток приводят к активации Т-клеток против них, тогда как угнетение Т-клеток является встроенным механизмом, предотвращающим атаку иммунной системой собственных здоровых клеток организма.
Однако опухолевые клетки способны перехитрить иммунную систему, синтезируя белки, которые при связывании с белками контрольных точек Т-клеток вызывают их угнетение. В некоторых случаях взаимодействие опухолевых белков с белками контрольных точек приводит к гибели Т-клеток. Разные лаборатории пытались создать ингибиторы контрольных точек, которые противодействовали бы этим супрессивным взаимодействиям белков, чтобы повторно активировать иммунный ответ организма против опухолевых клеток. Один из этих препаратов уже одобрен FDA США для лечения метастатической меланомы, остальные доступны или разрабатываются для лечения других злокачественных новообразований.
Но, несмотря на значительные достижения, остается сложным определить, каким онкологическим больным показан этот тип терапии и какие лекарства имеют наибольший потенциал. Решение данных проблем будет способствовать определению наиболее безопасных и эффективных лекарств для больных, а также экономии времени и денег. Чтобы оно было практичным для клинического использования, нужен метод быстрого тестирования большого количества иммунотерапевтических препаратов против живых опухолевых клеток для получения точных и легко анализируемых данных.
Совместная исследовательская группа из Института биомедицинских инноваций Терасаки (TIBI) успешно разработала и протестировала такую систему. Сначала они культивировали сферические агрегаты клеток рака груди в напечатанном на 3D-принтере прозрачном чипе с коническими микролунками. Эти микролунки были разработаны для оптимального роста и стабильности клеточных сфер. Тесты, проведенные на клеточных сферах в микролунках, подтвердили жизнеспособность клеток и выработку ими деактивирующих Т-клетки поверхностных белков. Прозрачность чипа допускает прямые микроскопические наблюдения, а его конструкция позволяет проводить большое количество тестов, что хорошо подходит для быстрого скрининга иммунотерапевтических препаратов.
Чтобы проверить эффективность препаратов, ингибирующих белки контрольных точек, для активации противоопухолевого иммунного ответа, группа рассмотрела, как Т-лимфоциты обычно ведут себя во время активации: они вырабатывают цитокины, которые привлекают другие иммунные клетки в участок обнаружения опасности, стимулируют их деление и уничтожение захватчиков. Таким образом, измерение уровня цитокинов может косвенно указывать на степень активации Т-клеток.
Исследователи создали эффективную автоматизированную систему для измерения уровня цитокинов с помощью нагруженных раковыми клетками микролунок. Испытания этой системы проводились с использованием белковых препаратов-ингибиторов контрольных точек. Результаты показали, что при инкубации клеток рака груди с Т-лимфоцитами выработка цитокинов увеличивалась после введения лекарств, демонстрируя их эффективность в активации противоопухолевого иммунитета.
Еще одно применение чипа заключалось в оценке влияния раковых клеток на активированные Т-клетки. Исследователи пометили Т-клетки флюоресцеином и добавили к клеткам рака груди в микролунках; прозрачность чипа позволила напрямую наблюдать их взаимодействие с помощью флюоресцентной микроскопии. Клетки рака молочной железы обычно вызывают разрыв и гибель Т-клеток, но эксперименты, проведенные с препаратами-ингибиторами контрольных точек, показали, что они увеличивают жизнеспособность Т-клеток. Группа наглядно продемонстрировала, как иммунные клетки могут противостоять попыткам уничтожения со стороны раковых клеток.
Рак груди на чипе также использовался для прямого наблюдения за тем, как Т-клетки проникают в клеточные сферы рака – способность к инфильтрации является мерой противоопухолевой активности и жизнеспособности Т-клеток. После маркировки каждой группы клеток отдельными красителями инфильтрацию Т-клеток в микролунках чипа можно было непосредственно визуализировать с помощью флюоресцентной микроскопии высокого разрешения. Эксперименты, проведенные с препаратами-ингибиторами контрольных точек, показали, что в присутствии лекарства количество Т-клеток росло и они глубже проникали в клетки рака груди.
Таким образом, исследователи показали надежные и эффективные методы оценки взаимодействия между опухолевыми и иммунными клетками, а также быстрые, масштабируемые и клинически значимые способы скрининга иммунотерапевтических противоопухолевых препаратов. Микролуночный чип и устройства для работы с ним также можно использовать для других типов опухолевых клеток и клеток пациента для прогнозирования реакции на терапию, а также для скрининга и разработки новых противоопухолевых препаратов.
Статья X.Jiang et al. Cancer on a Chip for Modeling Immune Checkpoint Inhibitor and Tumor Interactions опубликована в журнале Small.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Terasaki Institute: Breast Cancer-on-a-Chip For Testing Immunotherapy Drugs.