Будущее медицины: иммунотерапия победит инфекции, рак и аллергию
/ 18 Дек 2017 в 07:36
Иммунотерапия меняет правила игры в современной медицине.
Но война не окончена: рак, инфекционные и аутоиммунные заболевания продолжают убивать людей.
Может ли 2018 год стать переломным моментом?
Представьте мир будущего, где безболезненные вакцины будут защищать от любых инфекций – от герпеса до ВИЧ. Где иммунотерапия будет успешно бороться с раковыми клетками, останавливать аллергию и ревматоидный артрит, предотвращать отторжение донорских органов.
По мнению ученых, это станет реальностью благодаря новым биоматериалам.
«Секрет этого прыжка – в инновационных биоматериалах, которые способны изменить до неузнаваемости мир вакцин», — утверждает доктор Джонатан Бромберг (Jonathan Bromberg), профессор хирургии, микробиологии и иммунологии на кафедре медицины Университета Мэриленда в Колледж-Парке, США.
О перспективах «революции в иммунотерапии» профессор Бромберг и его коллега доктор Кристофер Джуэлл сообщают в последнем номере журнала Trends in Immunology. Давайте выясним, что ждет медицину в ближайшие годы.
Что такое биоматериалы?
Биоматериал – это любая разновидность материала, природного или синтетического, который может использоваться в медицине «для поддержки, модификации или замены поврежденных тканей и биологических функций». Такое определение биоматериалов дает Национальный институт биомедицинской визуализации и биотехнологии США.
Что это значит?
Биоматериалы встречаются повсюду. Их получают из стекла, керамики, пластика, металла или живых организмов (коллаген, желатин). В состав нередко добавляются живые клетки и их компоненты. Сегодня область применения биоматериалов необычайно широкая: искусственные суставы, коронарные стенты, контактные линзы, хирургические швы, растворимые покрытия, биологические сенсоры и многое другое.
В отличие от ортопедии, для иммунотерапии биоматериалы стали гораздо более поздним «открытием». В сфере разработки вакцин роль биоматериалов чрезвычайно важна, хотя и малозаметна: они работают на микроскопическом уровне.
Основные области применения биоматериалов в иммунотерапии:
• конъюгированные с полимерами наночастицы для доставки в иммунные клетки
• стабильные или биодеградируемые каркасы для имплантации
• микроигольчатые устройства для введения вакцин
Биоматериалы контролируют высвобождение вакцин, защищают их от ферментативного разложения и экстремальных температур, позволяют манипулировать ответом иммунной системы на терапию.
По словам профессора Бромберга, их потенциал невозможно переоценить.
Биоматериалы помогут лечить смертельные инфекции
Когда мы думаем о вакцинах, первыми приходят на ум инфекционные заболевания.
Большинство современных вакцин содержат два элемента:
• часть инфекционного микроорганизма или один из их антигенов
• адъювант – вещество, которое активирует иммунный ответ
Сегодня наиболее распространенным адъювантом в вакцинах является алюминий. Следующим поколением адъювантов станут биоматериалы – они уже не просто «мальчики на побегушках», а сами способны индуцировать иммунный ответ. «Широкий ассортимент биоматериалов делает их особенно привлекательными: для тонкой настройки вакцины можно использовать частицы самой разной формы, размера, химической структуры. В ближайшие несколько лет мы научимся управлять иммунной системой в прямом смысле», — уверен доктор Кристофер Джуэлл.
Другая многообещающая стратегия, недавно внедренная в клиническую практику — это доставка компонентов вакцин с помощью микроигольчатых устройств, или микроигл. Эти устройства настолько маленькие и тонкие, что не вызывают боли и могут использоваться практически незаметно для пациента, в том числе в педиатрической практике.
Испытания показали: введение вакцин против гриппа с помощью микроигольчатых устройств дает результаты, сопоставимые с привычной вакцинацией.
Зачем шприцы, когда есть безболезненные растворимые микроиглы?
«Такие открытия могут трансформировать способ доставки вакцин, вылечить новые болезни и повысить доступность лекарственных препаратов для развивающихся стран мира. Неудивительно, что сегодня создатели вакцины против ВИЧ экспериментируют с микроиглами», — подытожил преимущества технологии Бромберг.
Иммунотерапия убивает рак
В терапии рака важно доставлять лекарство прямо в цель. Это легче сказать, чем сделать.
Как лекарственная молекула выбирает путь через многочисленные сосуды и ткани?
Как она находит клетки-мишени?
Биоматериалы помогут химиотерапии и иммунотерапии рака несколькими способами.
Их можно соединять с «сигналом самонаведения» — молекулой, которая специфична для раковой клетки. Биоматериал состыковывается с клеткой (как ключ с замком), и доставляет лекарственное вещество непосредственно в опухоль. Высокая избирательность – это возможность значительно снизить дозы и токсичность химиотерапии.
Биоматериалы могут усиливать способность организма бороться с раковыми клетками. Исследования показывают: если соединить некоторые полимеры с Т-лимфоцитами, распознающими рак, можно существенно усилить врожденный противоопухолевый ответ Т-клеток. Это мощное оружие против рака, потенциал которого не используется.
Микроиглы могут заставить собственную популяцию Т-клеток бороться с меланомой, самой опасной разновидностью рака кожи. Это уже реальность, зарождающаяся в стенах лабораторий.
«Мы видим кардинальное изменение парадигмы в иммунотерапии рака. Современные биоматериалы помогают нам контролировать обучение иммунной системы и противоопухолевый ответ», — говорят исследователи.
Аутоиммунные заболевания и аллергия под контролем
Вакцины против инфекционных заболеваний и рака вызывают воспалительный иммунный ответ.
Но при аутоиммунных процессах – рассеянный склероз, целиакия, отторжение трансплантата – требуется обратное.
Здесь биоматериалы могут быть применяться для подавления или перенаправления иммунного ответа.
В экспериментальных моделях рассеянного склероза биоматериалы использовались для доставки аутоантигенов – антигенов, которые не вызывают реакции в здоровом организме. В результате иммунный ответ на белки нервных клеток у больных животных постепенно снижался, а симптомы заболевания исчезали.
Лечение аллергии иммунотерапией – известная практика, которая отлично зарекомендовала себя. Но сейчас иммунотерапия аллергических заболеваний требует частых инъекций (до трех раз в неделю на начальном этапе) и может занять несколько лет. Инкапсулируя активные вещества в биоматериалы, ученые создают новые формы иммунотерапевтических препаратов.
По словам Джуэлла, через несколько лет лечение аллергии будет сведено буквально к нескольким инъекциям.
Для профессора Бромберга перспектива предотвращения РТПХ – иммунного воспаления при пересадке органов и тканей – стоит на первом месте. Это осложнение встречается очень часто и угрожает жизни реципиентов. Иммунотерапевтические препараты и молекулы-носители с медленным высвобождением иммунодепрессантов – вот рецепт завтрашнего дня против отторжения трансплантата. Они показали многообещающие результаты в опытах на мышах.
«Несмотря на все достижения в разработке вакцин и новых биоматериалов, нам не хватает эффективных средств, чтобы бороться с раком, инфекциями и аутоиммунными заболеваниями. Впереди много работы», — подытожил профессор.
