Сладкая вакцина против рака

Создана вакцина, стимулирующая иммунную реакцию против раковых клеток

Создана вакцина, помогающая иммунной системе распознавать в раковых клетках «врагов», запуская процесс их уничтожения. Вакцина учит организм реагировать на особые молекулы сахара, появляющиеся на поверхности больных клеток.

Когда клетка становится раковой, происходит не только озлокачествление её деления. Изменения затрагивают все клеточные структуры, в том числе и плазматическую мембрану, покрывающую клетку. В первую очередь меняется рецепторный комплекс клетки, располагающийся на её поверхности. Он состоит из комплексных белково-сахаридных молекул — протеогликанов.

В норме эти рецепторы отвечают за межклеточные взаимодействия, в том числе за контакт с клетками иммунной системы и реакции «свой — чужой». Возникающие нарушения, нередкие при делении, трактуются системой защиты организма как генетический сбой и приводят к уничтожению клетки.

Особенность раковых клеток в том, что при многочисленных нарушениях в их структуре им различными способами удается уходить от иммунного контроля.

Ученым из Центра по изучению рака Университета Джорджии удалось синтезировать специфическую вакцину к углеводам раковой опухоли. Они добились сильного и устойчивого иммунного ответа к опухолевым клеткам у мыши.

Вакцинация

введение антигенного материала с целью вызвать иммунитет к болезни, который предотвратит заражение, или ослабит его последствия. Антигенным материалом могут служить: живые, но ослабленные штаммы микробов, убитые (инактивированные) микробы, очищенный материал, такой как белки микроорганизмов; существуют также синтетические вакцины.

Действенность вакцинации была впервые обнаружена народной интуицией. С древних времн в Индии и Китае практиковалась инокуляция — прививание жидкостью из пузырьков больных лгкой формой оспы. Недостатком инокуляции являлось то, что несмотря на меньшую патогенность вируса Variola minor, он вс же иногда вызывал летальные случаи. Кроме того, случалось, что по ошибке инокулировался высоко патогенный вирус.

В Англии существовала примета, что доярки, переболевшие коровьей оспой (которая является неопасным заболеванием), никогда не заболевают натуральной оспой (которая в сво время была бичом человечества, вызывая массовые смертоносные эпидемии).

Английский аптекарь и хирург Дженнер решил проверить эту примету строгими наблюдениями и она подтвердилась. Установив это, 14 мая 1796 г. Дженнер привил коровью оспу 8-летнему Джеймсу Фипсу, а через полтора месяца — человеческую оспу — и мальчик не заболел. Так была экспериментально доказана возможность относительно безопасных профилактических прививок.

Однако, в то время возможности этого метода были ограничены, так как он был основан на случайности, заключающейся в существовании в природе двух родственных болезней разной силы. Лишь сто лет спустя, французскому микробиологу Луи Пастеру удалось целенаправленно ослабить болезнетворность возбудителей других заболеваний и приготовить из них препараты для прививок. В 1881 он создал прививку против сибирской язвы, а в 1885 — против бешенства. Именно Пастер предложил называть такие препараты вакцинами, а процедуру их применения — вакцинацией.

Wikipedia

Вакцины используются уже более 120 лет для «обучения» иммунной системы. Сначала иммунной системе представляется активное вещество — антиген, чаще всего структурный компонент оболочки бактерий или вирусов. Ответом на это является усиленное деление специфических Т-лимфоцитов, запускающих продукцию антител — молекул иммуноглобулинов, специфичных именно к этому антигену.

Это подготавливает иммунную систему к дальнейшей встрече с антигеном, и при следующем попадании иммунитет отреагирует уничтожением чужеродного объекта.

Различные антигены обладают разной способностью запускать выработку антител. Для производства вакцин часто используют способы повышения эффективности за счет осаждения антигенов на поверхности активирующего вещества, в качестве которого обычно используются ионы алюминия или полиоксидоний. Из природных антигенов самыми сильными являются белки.

Особенность некоторых инфекционных агентов в том, что они «прячут» свои антигены, замедляя развитие специфических иммунных реакций. Даже длительное время находясь внутри организма, они не вызывают выработки антител. В таком случае вакцинация выделенным из бактерии антигеном приведет к появлению специфических антител, способных связываться с тем же антигеном, но уже на поверхности бактерии, запуская после этого сложный каскад реакций уничтожения.

Уникальные молекулы сахаров, обнаруженные на поверхности опухолевых клеток еще в 1970-х годах, заинтересовали ученых возможностью вакцинации против раковых клеток, скрывающихся от иммунной системы. Но до сегодняшнего дня подобные эксперименты не отличались результативностью.

До сих пор исследователи связывали особые молекулы сахара с чужеродным белком. Естественно, это приводило к выработке иммунной системой антител к белку и связывающим молекулам, но углеводы оставались нетронутыми.

Вместо использования выделенных и очищенных белков и углеводов команда ученых решила собрать вакцину из кусков разрушенных молекул.

В 2005 году они собрали полностью синтетическую вакцину, которая приводила к выработке антител к «раковым» углеводам. Несмотря на то что уровень антител в крови был невелик, исследователи продолжали совершенствовать компоненты и структуру вакцины для усиления иммунного ответа.

Лимфоциты

белые клетки крови, основной элемент иммунной системы организма. Лимфоциты существующие в двух формах. Обе формы происходят из стволовых клеток в костном мозге. Незрелые лимфоциты покидают костный мозг и попадают в кровяное русло. Некоторые из них направляются к тимусу (вилочковой железе), расположенному у основания шеи, где происходит их созревание. Прошедшие через тимус лимфоциты известны как Т-лимфоциты, или Т-клетки (Т от «тимус»).

Другие лимфоциты созревают у человека в лимфатических узлах и лимфоидной ткани всего организма. Они называются B-лимфоцитами от слова bursa («сумка»), поскольку впервые были исследованы у птиц, в организмах которых созревают в так называемой сумке Фабрициуса - лимфоидном органе около клоаки.

Оба типа зрелых лимфоцитов имеют на своей поверхности рецепторы, которые могут «узнавать» специфический антиген и связываться с ним. Контакт В-клеточных рецепторов со специфическим антигеном и связывание определенного его количества стимулируют рост этих клеток и последующее многократное деление; в результате образуются многочисленные клетки двух разновидностей: плазматические и «клетки памяти». Плазматические клетки синтезируют антитела, выделяющиеся в кровоток. Клетки памяти являются копиями исходных В-клеток; они отличаются большой продолжительностью жизни, и их накопление обеспечивает возможность быстрого иммунного ответа в случае повторного попадания в организм данного антигена.

Что касается Т-клеток, то при связывании их рецепторами значительного количества определенного антигена они начинают секретировать группу веществ, называемых лимфокинами. Некоторые лимфокины вызывают обычные признаки воспаления: покраснение участков кожи, местное повышение температуры и отек за счет увеличения кровотока и просачивания плазмы крови в ткани. Другие лимфокины привлекают фагоцитирующие макрофаги - клетки, которые могут захватывать и поглощать антиген (вместе со структурой, например бактериальной клеткой, на поверхности которой он находится). В отличие от Т- и В-клеток эти макрофаги не обладают специфичностью и атакуют широкий спектр разных антигенов. Еще одна группа лимфокинов способствует разрушению инфицированных клеток. Наконец, ряд лимфокинов стимулирует добавочное количество Т-клеток к делению, что обеспечивает быстрое возрастание числа клеток, которые отвечают на тот же антиген и выделяют еще больше лимфокинов.

Антитела, вырабатываемые В-клетками и поступающие в кровь и другие жидкости организма, относят к факторам гуморального иммунитета (от лат. humor - жидкость). Защита организма, осуществляемая с помощью Т-клеток, называется клеточным иммунитетом, так как в ее основе лежит взаимодействие отдельных клеток с антигенами. Т-клетки не только активируют другие клетки путем выделения лимфокинов, но и атакуют антигены с помощью содержащих антитела структур на поверхности клетки.

Антиген может индуцировать оба типа иммунного ответа. Более того, в организме происходит определенное взаимодействие между Т- и В-клетками, причем Т-клетки осуществляют контроль над В-клетками. Т-клетки могут подавлять B-клеточный ответ на безвредные для организма чужеродные вещества или, наоборот, побуждать В-клетки вырабатывать антитела в ответ на вредные вещества с антигенными свойствами. Повреждение или недостаточность данной контролирующей системы может проявляться в виде аллергических реакций на вещества, обычно безопасные для организма.

Селекция антител определяет, какие именно антитела должны образоваться, чтобы бороться со специфическим антигеном, выделяя его из миллиардов других антигенов, потенциально угрожающих организму. Механизм такой селекции остается еще не до конца ясным. Рассуждая логически, трудно предположить, что в каждом лимфоците содержится информация для синтеза миллиардов разных антител, большинство из которых никогда не пригодится. Одна из ранних теорий, получившая название «инструктивной», постулировала, что антитела синтезируются в незавершенном виде. Когда же антиген попадает в организм, он действует как матрица, на которой происходит окончательное формирование узнающего участка антител; иными словами, сам антиген служит «инструкцией» для создания специфичных именно к нему антител.

В настоящее время известно, что структура белковой молекулы антитела зависит от последовательности и взаимного расположения составляющих ее «кирпичиков» - аминокислот и что внешние причины, в том числе антигены, не могут вызвать существенных структурных перестроек. Поэтому была выдвинута новая теория - «клональной селекции». Согласно этой теории, в организме человека содержится около 10 миллиардов слегка отличающихся друг от друга разновидностей лимфоцитов, причем каждая из них весьма немногочисленна. Когда антиген попадает в организм, он связывается только теми лимфоцитами, которые способны узнавать его. Связывание с антигеном создает стимул для их деления; в результате образуется большое число одинаковых клеток - клон, и численность отобранного варианта клеток быстро достигает необходимого уровня.

Теория клональной селекции не давала объяснения, каким образом исходно возникает колоссальное разнообразие лимфоцитов или их предшественников. Однако недавно механизм такой диверсификации как будто прояснился. Показано, что гены клеток, участвующих в иммунной реакции и продукции специфических антител, претерпевают частые случайные изменения за счет перегруппировок их отдельных участков; соответственно меняется закодированная в них информация, т. е. появляются новые, разнообразно измененные по этому признаку клетки, а в целом вся популяция лимфоцитов приобретает способность реагировать с разными антигенами. Кроме того, на протяжении многих клеточных поколений, требующихся для превращения стволовых клеток в зрелые лимфоциты, происходят случайные мутации в генах, кодирующих антитела. Эти мутации дополнительно увеличивают разнообразие лимфоцитов. Примечательно, что те молекулы на поверхности Т-лимфоцитов, которым они обязаны своей специфичностью, имеют во многом ту же структуру, что и циркулирующие в крови антитела, вырабатываемые В-лимфоцитами.

Их усовершенствованная вакцина воздействует сразу на три составляющие защитной системы: В-лимфоциты активируются углеводом опухоли, Т-лимфоциты — белком, а связывающая молекула запускает синтез большого количества цитокинов — молекул — регуляторов процессов иммунной системы.

Результатом такого комплексного подхода стало усиление продукции специфических антител к углеводам в 100 раз.

Эффективность вакцины была уже показана на человеческих клеточных раковых линиях, перевиваемых мышам, среди них рак груди и прямой кишки. Ученые уже планируют начать первую фазу клинических испытаний через год.

Несмотря на успешную экспериментальную вакцинацию, исследователи с осторожностью говорят о действии препарата у людей: мышь и человек слишком сильно различаются, некоторые вакцины против рака могут работать у мыши, но не у человека.