Наука в Сибири

от 23.10.2018 г.

Оригинал статьи


Иммунный ответ раку: «двурукие бандиты»

сегодня в мире известно около 200 разновидностей раковых заболеваний, с каждым из которых нужно бороться разными путями. Так, сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН изучают способы получения биспецифичных антител с использованием компонентов человеческого молока: в перспективе такие антитела могут быть использованы для терапии опухолевых заболеваний.

Проект «Разработка универсального способа получения препаратов антител нового поколения» был поддержан грантом Президента РФ молодым кандидатам наук (2017). Работу представил научный сотрудник ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Сергей Евгеньевич Седых.

Иммуноглобулины (или антитела) — белки, направленные против того или иного антигена, основные молекулы гуморальной иммунной системы. Природные антитела находятся в крови и других биологических жидкостях организма, искусственные же получают, например, генной инженерией. Среди искусственно полученных антител большое значение имеют моноклональные антитела. Чтобы их получить, используют гены мышей, иммунизированных определенным антигеном, которые затем встраивают в опухолевую клетку, а та в ответ начинает продуцировать антитела.

Антиген — молекула, которую организм рассматривает как чужеродную и потенциально опасную, а потому начинает вырабатывать против нее собственные антитела, обеспечивая таким образом иммунный ответ.

Когда у человека есть антитела против определенных антигенов, они связываются, в результате чего получается «комок», который элиминируется (удаляется) из организма. В обычном антителе есть два одинаковых антигенсвязывающих центра — словно две руки, «хватающие» антиген одного конкретного вида и выводящие его из организма. Но ввиду того, что «руки» у таких антител одинаковые (только две «правые» или две «левые»), то и борются они с антигеном лишь одного типа. Среди моноклональных антител выделяют так называемые биспецифичные, у которых обе «руки» разные: они могут быть использованы для лечения различных опухолевых заболеваний — например, лейкозов.

Искусственные биспецифичные иммуноглобулины получают еще более сложным путем, чем моноклональные: для этого нужно «перетасовать» моноклональные антитела с двумя правыми и двумя левыми «руками» и получить из них биспецифичные с одной правой и одной левой — чтобы они могли одновременно захватывать разные антигены. Проблемой является то, что существующие подходы к созданию подобных препаратов не позволяют создавать их из смесей моноклональных молекул, полностью сохраняя при этом специфичность антигенсвязывающих центров. К тому же, универсальный способ получения таких молекул до сих пор не разработан.

Лаборатория ферментов репарации ИХБФМ СО РАН под руководством профессора Георгия Александровича Невинского более 20 лет изучает биологически активные компоненты человеческого молока. Именно в нем сибирские ученые нашли естественные биспецифичные иммуноглобулины. Интересно и то, что эти «половинчатые» антитела способны также работать как ферменты (белковые молекулы, катализирующие химические реакции в живых системах): расщеплять ДНК, РНК, олигосахариды, а также фосфорилировать липиды, олигосахариды и белки молока.




«В молоке до 50 % антител (IgG, sIgA и другие) являются биспецифичными, — рассказывает Сергей Седых. — И, возможно, за счет того, что каждая половина молекулы антитела осуществляет разные действия, эти “двурукие бандиты” способны гораздо эффективнее выводить антигены из организма. Но не было ясно, как они появляются в молоке? Ведь основная функция антител — связывание и выведение антигена, а в молочной железе и молоке эти процессы не происходят. Нельзя исключить того, что у антител разные задачи, и в крови они должны быть моноспецифичными, а в молоке — биспецифичными, ведь действуют они не в крови, а в желудочно-кишечном тракте».

Особенная роль природных антител молока становятся понятнее, если сравнить строение плаценты человека и, например, коровы: у коровы она толстая, поэтому через нее антитела во время беременности не проникают и теленок их получает только с молоком матери. А у человека плацента тонкая, и ребенок рождается с огромным запасом антител, которые его защищают на протяжении нескольких месяцев. То есть в этом случае иммуноглобулины передаются во время беременности: поэтому искусственно вскормленные дети у человека бывают, а у коров — нет. Возникает вопрос — зачем тогда в грудном молоке нужны антитела? Одна из основных функций этих белков — защита ребенка от кишечных заболеваний. На первый взгляд эти болезни не слишком опасны, однако в менее развитых государствах (например, в некоторых странах Африки и Индии) от кишечных инфекций каждый год умирает более семисот тысяч детей.

Получается, что биологическое значение антител в крови и кишечнике совершенно разное. Исследователи предполагают, что биспецифичные иммуноглобулины, которые поступают в кишечник из молока, обеспечивают выведение опасных для организма антигенов при помощи иного механизма, нежели в крови: например, перекрестно связывая бактерии или вирусы с другими антигенами. Это препятствует проникновению вируса или бактерии через стенку кишечника в кровь, и они выводятся естественным путем.



Сейчас ученые из ИХБФМ СО РАН изучают, как биспецифичные антитела появляются в молоке и какие факторы за это отвечают. На данный момент существуют два коммерческих препарата биспецифичных иммуноглобулинов, разрешенных для терапевтического использования, в 2014 году такие молекулы заслуженно назвали «антителами нового поколения». Они помогают уничтожать опухолевые клетки с помощью собственной иммунной системы. Биспецифичные терапевтические антитела связывают специфические рецепторы опухолевых клеток и одновременно рецепторы цитотоксических Т-лимфоцитов, — осуществляющих лизис (растворение) повреждённых клеток собственного организма. Происходит усиление собственной защитной системы, ведь опухолевую клетку убивает не лекарство, а сам организм.

«К примеру, на цитотоксическом T-лимфоците есть рецептор CD3, — поясняет Сергей Седых. — Биспецифичное антитело связывает его, а также рецептор опухолевой клетки CD19, сближая T-лимфоцит с опухолевой клеткой, на что тот посылает чужеродному образованию ”поцелуй смерти”. Говоря метафорически, это серебряная пуля, которая убивает зомби, но не трогает обычных людей. Она усиливает ответ естественных сил организма, ведь T-лимфоциты плавают рядом с опухолевой клеткой, но не уничтожают её, потому что по разным причинам не видят».

Таким образом, если получить два моноклональных антитела с известными антигенсвязывающими центрами и добавить туда тот самый, стимулирующий образование биспецифичных антител в молоке, фактор, то в теории можно получить биспецифичное антитело с заданными параметрами. Затем нужно очистить препарат от примесей исходных моноклональных антител либо сразу вводить больному — потому что как антитела работают совместно, ученые смогут узнать только в результате эксперимента. Универсальный способ получения биспецифичных антител позволит увеличить эффективность их наработки в десятки раз и при этом снизить затраты на производство. Сегодня на получение новой комбинации антигенсвязывающих центров в составе одной молекулы уходит несколько месяцев работы и порядка ста тысяч долларов.

В мире существует около 200 видов рака — костных тканей, эпителиальных тканей, иммунной системы… Препараты терапевтических биспецифичных иммуноглобулинов, новые способы получения которых разрабатывают ученые ИХБФМ СО РАН, в основном направлены против лейкозов — патологий, когда в крови появляется много опухолевых лейкоцитов. Если коллектив исследователей доведет проект о биспецифичных молекулах до конца, это позволит фармацевтическим компаниям увеличить эффективность производства молекул, способных с удвоенной силой бороться против рака.

Алёна Литвиненко
Фото автора, иллюстрация Анастасии Голышевой