Вакцинные наночастицы с опухолевыми антигенами: структура имеет значение

Раковые клетки, которые экспрессируют определенные антигены, — идеальные мишени для терапевтических вакцин. Однако многие агрессивные виды рака являются гетерогенными и быстро мутируют, уклоняясь таким образом от вакцин. Улучшить противораковые вакцины можно, включая в их состав множественные опухолевые мишени, которые активируют системный ответ CD4 и CD8 T-клеток. Мишени (пептиды или РНК) для этого инкапсулируют в липидах в виде смеси. В лаборатории американского химика Чада Миркина, знаменитого своим вкладом в нанотехнологию и наномедицину (Северо-Западный университет), разработана новая платформа — сферические нуклеиновые кислоты (СНК, или SNA), наночастицы, в которых можно разместить два класса антигенов.

Иммуногенные наночастицы представляют собой липосому, внутри которой находится один антиген; снаружи она покрыта плотной оболочкой из олигонуклеотидов, несущих на концах второй антиген (см. рисунок). SNA могут проникать в десятки различных типов клеток без использования специальных реагентов для трансфекции и высокоустойчивы к деградации нуклеазами.

Ранее было показано, что активацию дендритных клеток, которые, в свою очередь, активируют Т-клетки, может усилить одновременная доставка антигенов двух типов, презентирующихся на MHC I и на MHC II (иными словами, активирующих CD8+ Т-клетки и CD4+ Т-клетки). Авторы статьи в Nature Biomedical Engineering предположили, что упорядоченное расположение антигенов в наночастице еще повысит эффективность вакцины.

Авторы проверили иммуногенность своих наночастиц in vitro и затем в экспериментах на мышах сравнили противоопухолевую эффективность двух вариантов вакцины с двойным антигеном (DA-SNA). В одном варианте антиген, нацеленный на цитотоксические CD8 + Т-клетки, находился внутри липосомы, антиген же, нацеленный на CD4 + Т-клетки (Т-хелперы) — снаружи, на олигонуклеотидах (DA-SNA 1), в другом варианте те же два антигена были размещены наоборот, антиген для цитотоксических Т-клеток снаружи (DA-SNA 2). Мышам прививали опухоль, а затем проводили курс лечения DA-SNA. После этого оценивали размер опухоли, а также сравнивали продолжительность жизни животных. 

Оказалось, что эффективность двух вакцин, эквивалентных по составу, но отличающихся положением антигенов в наночастице, драматически различается. У животных с мышиной лимфомой, получивших DA-SNA 2 (с инкапсулированным антигеном для Т-хелперов и внешне конъюгированным антигеном для цитотоксических Т-клеток) рост опухоли был практически подавлен, значительно увеличилась выживаемость. В случаях опухолей с высокой мутационной нагрузкой (карцинома толстой кишки) или высокоагрессивной с иммуносупрессивными свойствами (меланома) также удалось продлить жизнь животных и подавить рост новообразования. В опытах с меланомой схему лечения дополнили ингибитором контрольной точки — антителом против PD-1. Во всех вариантах DA-SNA 2 показала себя значительно более эффективной.

Авторы обнаружили, что DA-SNA 1 и DA-SNA 2 по-разному влияют на регуляцию генов, участвующих в воспалительных реакциях, хемотаксисе и миграции ключевых иммунных клеток, в частности, на продукцию цитокинов, их секрецию, экспрессию поверхностных маркеров клеток. Очевидно, все эти эффекты, взятые вместе, изменили профили роста опухолей.

«Большинство противораковых вакцин на основе наночастиц не позволяют точно контролировать упаковку или презентацию пептидов. Предложенная авторами система вакцин, основанная на сферических нуклеиновых кислотах, позволяет оценить, как влияет характер презентации пептидов иммунной системе — будь они инкапсулированными или размещенными на поверхности — и поэтому должна иметь широкое применение при разработке противораковых вакцин», — говорит специалист по нанотехнологиям и биомолекулярной инженерии Джон Уилсон (Университет Вандербильта, США).

Неэффективной может быть даже вакцина, содержащая адекватные мишени, если ее компоненты организованы неудачно с точки зрения процессинга иммунными клетками. «Благодаря систематическому исследованию взаимосвязи между размещением классов антигенов и последующими иммунными реакциями наша работа формирует широко применимый набор правил разработки вакцин», — отмечают авторы. 

Вакцина от рака на основе вируса и бактерии