Светоуправляемые иммунные клетки лучше проникают в опухолевые сфероиды
Из-за плотного внеклеточного матрикса, который окружает солидные опухоли, иммунные клетки не могут подобраться к ним ближе, проникнуть внутрь и уничтожить. Американские ученые оптогенетически модифицировали иммунные клетки так, чтобы под действием синего света они становились более подвижными и получали способность «протискиваться» через узкие поры диаметром 3–8 мкм. Модифицированные NK и CD8+ Т-клетки стали лучше проникать в опухолевые сфероиды, окруженные коллагеновым матриксом.

Главные препятствия для CAR Т-клеток в солидных опухолях — это плотный внеклеточный матрикс, который физически мешает клеткам подобраться ближе к опухоли, и иммуносупрессивное микроокружение. Ученые из Университета штата Пенсильвания (США) оптогенетически модифицировали иммунные клетки так, чтобы их подвижность повышалась под синим светом, и таким образом помогли им лучше проникать в опухолевые сфероиды.
Мишенью для воздействия в клетках ученые выбрали белок септин-7. Септины — это белки цитоскелета, которые участвуют в движении клетки и помогают ей менять форму. Исследования показали, что нокдаун септина-7 повышает подвижность клетки и ее способность протискиваться через узкие пространства — например, через поры диаметром 3 или 5 мкм. Так как расстояние между коллагеновыми фибриллами, которые образуют окружающий опухоль внеклеточный матрикс, как раз меньше 5 мкм, ученые решили воздействовать именно на септин-7, выбрав для этого оптогенетику.
Исследователи решили встроить в септин-7 сенсорный домен LOV2, который чувствителен к синему свету. Гибридный белок LCS7 сначала смоделировали in silico, причем таким образом, чтобы внедрение домена LOV2 в обычных условиях не мешало функциям септина-7, но нарушало их под действием синего света. При облучении домен LOV2 образовывал β-лист и стерически мешал септину-7 образовывать гексамер с другими септинами, что необходимо для регуляции им цитоскелета.
После симуляций ученые проверили, как внедрение плазмиды для транзиентной экспрессии гибридного белка LCS7 влияет на поведение клеток. В темноте клетки COS-7 (фибробласты почек зеленой африканской мартышки), экспрессирующие LCS7, по морфологии напоминали дендритные клетки: они имели многочисленные выросты. При облучении клеток синим светом клетки начинали быстро перемещаться и образовывали более длинные выпячивания. Плазмиду с LCS7 также ввели в клетки рака молочной железы MDA-MB-231. В темноте они распластывались по коллагеновой подложке, а под синим светом приобретали веретенообразную, более «поляризованную» форму.
Такое изменение морфологии — способность клеток образовывать выпячивания клеточной мембраны или удлиняться — как раз необходимо клеткам, чтобы они могли «протискиваться» через узкие пространства. Исследователи получили стабильные линии MDA-MB-231 и NK92 (NK-клетки человека), экспрессирующие LCS7, и выращивали их на трансвелах — вкладышах в планшеты с порами 8 и 3 мкм. Клетки, которые росли в темноте, не могли проникать через эти поры, а после облучения синим светом в течение 1–2 ч многие клетки проходили через них. Однако при слишком длительном облучении вплоть до 4 ч клетки теряли эту способность, вероятно, из-за фототоксичности.
Чтобы проверить, влияет ли оптогенетическая модификация на способность иммунных клеток проникать в солидные опухоли, исследователи получили опухолевые сфероиды из клеток MDA-MB-231. Их растили в среде, обогащенной коллагеном, чтобы вокруг сфероида образовался плотный внеклеточный матрикс. Затем в культуру сфероидов добавляли клетки NK92 дикого типа либо NK92, которые экспрессируют LCS7. Через два дня совместной инкубации опухолевых сфероидов с NK92-LCS7 под синим освещением низкой интенсивности плотность сфероидов начала постепенно падать, причем больше в центре каждого сфероида, чем на периферии. Если же NK92-LCS7, культивировали со сфероидами в темноте, то плотность сфероидов, напротив, сначала повышалась, а потом начала немного падать. То же наблюдали, если к сфероидам добавляли NK92 дикого типа вне зависимости от освещения. Само по себе синее освещение не оказывало влияние на сфероиды. Эти результаты подтвердили, что оптогенетически модифицировнные иммунные клетки действительно проникают через плотный внеклеточный матрикс и убивают опухолевые клетки в ядре сфероида.
Ученые повторили опыт на сфероидах из клеток рака шейки матки человека HeLa. Их тоже культивировали с NK92 дикого типа или NK92-LCS7 и наблюдали те же результаты. Через пять дней культивирования под синим светом NK92-LCS7 уничтожили 95% сфероидов HeLa, в то время как NK92 дикого типа вне зависимости от освещения смогли разрушить только 65% сфероидов.
Исследователи также получили сфероиды из мышиных клеток меланомы B16.F10-Tag, которые выращивали в присутствии метилцеллюлозы. Их культивировали уже не с NK-клетками, а с мышиными первичными цитотоксическими CD8+ Т-клетками, чтобы показать универсальность предлагаемого подхода. Сами по себе сфероиды из клеток меланомы оказались более «рыхлыми» и проницаемыми для клеток. Тем не менее Т-клетки, экспрессирующие LCS7, при синем освещении уничтожали сфероиды быстрее, чем те же клетки дикого типа: через пять дней культивирования в первом случе были уничтожены 99% сфероидов, а во втором — 90%.
«Естественные клетки-киллеры малы, около 10 микрометров, но при активации этого белка синим светом иммунные клетки изменили форму и могут протиснуться в крошечные отверстия размером около трех микрометров, — комментирует руководитель исследования Николай Дохолян. — Этого достаточно, чтобы проникнуть в опухолевые сфероиды и убить их изнутри». Исследователи подали предварительную заявку на патентование технологии, описанной в статье, сообщает Genetic Engineering & Biotechnology News.
Магнитогенетическая стимуляция позволяет активировать и ингибировать нейроныИсточники
Chen, J., et al. Optogenetically engineered Septin-7 enhances immune cell infiltration of tumor spheroids. // PNAS (2024). DOI: 10.1073/pnas.2405717121
Цитата по пресс-релизу