С помощью везикул, отделяемых от мембран клеток, можно доставлять в раковые клетки уничтожающие их лекарства или перестраивающие их метаболизм ферменты и нуклеиновые кислоты. Российские ученые решили разобраться, что влияет на эффективность и избирательность такой доставки. Оказалось, что эффективность захвата везикул из окружающей среды зависит от свойств самих опухолевых клеток, в том числе от сохранения целостности белков-рецепторов на их поверхности. При этом почти нет разницы, из какого клеточного источника они будут получены. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Pharmaceutics.
Клетки организма могут обмениваться друг с другом информацией различными способами, в том числе путем выделения в окружающую среду внеклеточных везикул — мельчайших мембранных пузырьков, заполненных различными «грузами», например белками или нуклеиновыми кислотами. Такие пузырьки могут поглощаться другими клетками, передавая им свое содержимое. Исследователи адаптируют внеклеточные везикулы и сходные с ними структуры для доставки лекарств, особенно в терапии рака. Противоопухолевые препараты очень токсичны, а потому нуждаются в носителе, способном обеспечить их высвобождение и действие только в том месте, где это необходимо, сводя к минимуму нежелательные побочные эффекты для здоровых тканей.
Внеклеточные везикулы пока недостаточно изучены, чтобы их можно было применять в медицине. Кроме того, есть и другая проблема — получение их в достаточном для терапии количестве и нужной степени очистки. Поэтому сегодня развивается такое направление, как создание искусственных везикул, имитирующих по своим свойствам природные.
«В нашей лаборатории мы работаем с везикулами, отделяющимися от плазматической мембраны клеток под действием цитохалазина В — соединения, обратимо блокирующего полимеризацию актиновых филаментов. Мы адаптируем их для доставки нуклеиновых кислот в опухолевые клетки. Хотя такая технология позволяет значительно упростить процедуру получения мембранных везикул, множество важных для их использования вопросов все еще остаются открытыми. Например, как именно содержимое везикул может быть поглощено опухолевыми клетками? Или как добавление к везикулам молекул, направляющих их на интересующие ткани, повлияет на высвобождение заключенного в них препарата? Также не ясно, есть ли какая-то избирательность в поглощении клетками везикул, полученных из разных клеточных источников. Разобраться с последней задачей мы попытались в ходе наших экспериментов», — рассказывает Анастасия Ощепкова, младший научный сотрудник Лаборатории биохимии нуклеиновых кислот Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.
Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) совместно с коллегами из Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) и Московского государственного университетам имени М. В. Ломоносова (Москва) исследовали взаимодействие мембранных везикул разного клеточного происхождения с опухолевыми клетками различного типа. В них загружали короткие ДНК-олигонуклеотиды, несущие флуоресцентную метку, что делало возможным визуализацию везикул после их захвата опухолевыми клетками.
Идея состояла в том, что пузырьки, отделяясь от мембраны клетки, забирают с ее поверхности специфические молекулы, которые могут быть «привлекательны» для опухолевых клеток конкретного происхождения. Первоначально были исследованы везикулы, полученные из дендритных клеток. Однако, оказалось, что их целостность была сильно нарушена, поэтому добиться необходимой избирательности поглощения не удалось.
«Тогда мы решили попробовать исследовать везикулы, полученные из мезенхимальных стволовых клеток (МСК) человека. Было установлено, что они хорошо сохраняют целостность поверхностных белков, необходимых для их взаимодействия с опухолевыми клетками. Кроме того, известно, что МСК имеют свойства самонаведения на микроокружение опухоли, и мы ожидали, что полученные из них везикулы могут обладать сходными свойствами. Оставалось понять, будут ли эти пузырьки избирательно поглощаться какими-то опухолевыми клетками», — комментирует Марина Зенкова, доктор биологических наук, заведующая лабораторией биохимии нуклеиновых кислот Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.
Эксперименты с везикулами, полученными из МСК функционального слоя эндометрия (внутренняя выстилка матки) человека, показали, что они эффективно поглощались только опухолевыми клетками эпителиального типа, но не раковыми клетками крови или нейробластомы человека. Тем не менее, оказалось, что именно опухолевые клетки определяли то, насколько много везикул они способны захватить из окружающей среды. Эти результаты были подтверждены сразу на трех типах опухолевых клеток: во всех случаях эффективность захвата везикул не зависела от происхождения везикул, но различалась в зависимости от типа рака.
«Главный вопрос, который встает при использовании везикул в терапии, — выбор подходящего клеточного источника для их производства. Добавление нацеливающих молекул может значительно повысить точность их взаимодействия с интересующими тканями, однако это серьезно удорожает процедуру их получения, а также, вероятно, повлияет на их иммуногенность, целостность и агрегационные свойства. Наши исследования показывают, что в основе успешной противоопухолевой терапии лежит изучение свойств самой опухоли, и в меньшей степени — подбор подходящего источника», — подводит итог руководитель проекта РНФ Валентин Власов, академик РАН.
В рамках данной работы авторы показали, что ряд простых манипуляций с липидным составом клеток-продуцентов везикул может существенно повлиять на эффективность их поглощения опухолевыми клетками. В дальнейшем группа планирует изучить свойства пузырьков в опухолевых моделях на животных: так можно оценить влияние стромальных барьеров опухоли и ее архитектуры на эффективность терапии. Еще одно направление дальнейших работ — исследование способности везикул обеспечить правильную клеточную локализацию и биологическую активность доставляемых нуклеиновых кислот.