Кадр из 21-часового видео, на котором показано, как опухоль мочевого пузыря человека (красная) очищается макрофагами данио-рерио (зеленая). Автор: Майра Мартинес-Лопес
Используя «аватары» рыбок данио, модель животного, разработанную лабораторией развития рака и врожденного иммунитета при Фонде Шампалимо (CF) под руководством Риты Фиор, Майра Мартинес-Лопес — бывшая доктор философии. студент лаборатории, которая сейчас работает в Университете Лас-Америкас в Кито, Эквадор, — и его коллеги изучали начальные этапы действия вакцины Bacillus Calmette-Guérin (BCG) на клетки рака мочевого пузыря.
Их результаты, которые опубликованные в журнале Disease Models and Mechanisms, показывают, что макрофаги — первая линия иммунных клеток, активируемых после инфекции, — буквально побуждают раковые клетки совершить самоубийство, а затем быстро разъедают мертвые раковые клетки.
Идея, лежащая в основе аватаров данио-рерио (zAvatars), которые все еще являются экспериментальной, но очень многообещающей моделью, довольно проста: взять опухолевые клетки у больного раком и ввести их в эмбрионы данио-рерио. Затем опухоли будут расти внутри эмбрионов, фактически превращая их в аватары этого конкретного больного раком. Различные варианты лечения, доступные для этого пациента, затем могут быть протестированы на zAvatars. В течение нескольких дней — а не нескольких недель или даже месяцев — которые требуются при использовании традиционного тестирования на мышах, можно будет определить наилучшее лечение для этого пациента. Тест был разработан и изучен с использованием образцов, взятых у пациентов с колоректальным раком.
У Фиора появилась новая идея для применения модели. «Когда я присоединилась к лаборатории Риты в качестве аспирантки» (в 2019 году), вспоминает Мартинес-Лопес, «мы обсуждали несколько проектов, которые я могла бы реализовать, и Рита упомянула, что вакцина БЦЖ используется для пациентов с раком мочевого пузыря». Мартинес-Лопес вспомнила, как ей делали прививку БЦЖ от туберкулеза, когда она была ребенком в Южной Америке, и позже она работала над этой болезнью. «Но тогда я впервые услышала о вакцине от туберкулеза как о средстве лечения рака», — отмечает она. И это сразу привлекло ее внимание.
Опухоль мочевого пузыря человека (красная), окруженная макрофагами данио-рерио (зеленая). Ядра клеток показаны синим цветом. Автор: Майра Мартинес-Лопес и др., Модели и механизмы заболеваний 2024.
История одной идеи
Вакцина БЦЖ была впервые использована против туберкулеза в 1920-х годах, а затем, примерно в 1976 году, ее начали использовать в качестве первой иммунотерапии рака. Но за десятилетия до этого, в 1890-х годах, Уильям Коли, хирург, работавший в Нью-Йоркской больнице (ныне Медицинский центр Вейля Корнелла), уже тестировал смесь различных бактерий, названную «токсинами Коли», в качестве иммунотерапии рака.
Коули заметил, что несколько практически безнадежных онкологических пациентов в больнице перешли в, казалось бы, «чудесную» ремиссию от рака, когда они подхватили бактериальную инфекцию после операции по удалению опухолей (стерильные условия для хирургических процедур в то время были далеки от оптимальных). Его идея заключалась в том, что такие выздоровления, далекие от чудес, на самом деле были вызваны иммунным ответом пациентов на инфекцию.
Коли начал пытаться вызвать бактериальные инфекции у ряда пациентов с саркомой и смог воспроизвести несколько ремиссий рака. Однако в то время его метод был далек от того, чтобы быть проверенным и безопасным (а тем временем были разработаны другие методы лечения, такие как лучевая терапия), поэтому его исследования не были продолжены. Но в последние годы область иммунотерапии получила огромный импульс, предлагая новые и более надежные с научной точки зрения способы усиления иммунной системы для борьбы с раком.
«Иммунотерапия БЦЖ все еще используется эмпирически», — говорит Мартинес-Лопес. «Однако, поскольку он работает для многих людей, он стал золотым стандартом лечения. Удивительно, но это очень эффективная иммунотерапия, даже по сравнению со многими разрабатываемыми модными иммунотерапевтическими методами».
Лечение заключается во введении вакцины БЦЖ непосредственно в мочевой пузырь. Когда лечение работает, 15-летняя выживаемость пациентов с так называемым «неинвазивным» (ранним) раком мочевого пузыря составляет от 60% до 70%. Однако в 30–50% случаев опухоли мочевого пузыря не реагируют на лечение БЦЖ. В этих случаях приходится удалять весь мочевой пузырь.
Опухоль мочевого пузыря человека (красная) очищается макрофагами данио-рерио (зеленые). Кредит: Майра Мартинес-Лопес
Она есть у макрофагов
До сих пор не было полностью известно, как вакцина БЦЖ действует как иммуномодулятор для очистки опухолей мочевого пузыря.
Идея команды заключалась в том, что в этом были задействованы иммунные клетки, в частности макрофаги, находящиеся в мочевом пузыре. Они смогли определить, что происходит сразу после инъекции БЦЖ в аватары данио-рерио. Для этого они использовали так называемую микроскопию светового листа и конфокальную визуализацию, что позволило им увидеть макрофаги, взаимодействующие с опухолевыми клетками, с разрешением на уровне одной клетки и в режиме реального времени.
Красочные фильмы, снятые ими во время процесса, вызванного вакциной (в котором макрофаги и раковые клетки были помечены различными флуоресцентными красителями), показали, что макрофаги активно привлекаются к месту опухоли после инъекции БЦЖ, непосредственно убивая клетки рака мочевого пузыря человека посредством процесса самоубийства клеток (апоптоза), зависящего от вещества, называемого фактором некроза опухоли (ФНО), который секретируется макрофагами и действует как мощная сигнальная молекула иммунной системы.
Они также показали, что когда макрофаги были истощены в zAvatar, противоопухолевые эффекты вакцины БЦЖ были полностью заблокированы, тем самым продемонстрировав, что макрофаги действительно имеют решающее значение для первоначального противоопухолевого ответа.
«Майра увидела, — говорит Рита Фиор, — что если вы вводите БЦЖ, вы наблюдаете заметное увеличение количества макрофагов, поступающих в опухоль». В присутствии БЦЖ иммунные клетки изменили цвет с красного на желтый, что означало, что они экспрессировали ФНО.
«Мы не только раскрыли механизмы, задействованные на первых этапах противоопухолевого действия вакцины, но и продемонстрировали, что модель аватара данио-рерио является мощным доклиническим инструментом для открытия лекарств в онкологии», — заключает Мартинес-Лопес.
Дополнительная информация: Макрофаги напрямую убивают клетки рака мочевого пузыря через сигнализацию ФНО в раннем ответе на терапию БЦЖ, Модели и механизмы заболеваний (2024). DOI: 10.1242/dmm.050693
Информация журнала: Модели и механизмы заболеваний , Модели и механизмы заболеваний предоставлены Центром изучения неизвестного имени Шампалимо
