В некоторых случаях иммунная система не может обеспечить защиту организма от развития злокачественных новообразований. Ученые считают, что клетки иммунной системы человека можно «научить» распознавать и бороться с раковыми клетками. Сотрудники лаборатории Томаса Бланкенштайна (Thomas Blankenstein), расположенной в Центре Молекулярной Медицины имени Макса Дельбрюка (Max Delbrueck Centrum fuer Moleculare Medizin) совершили настоящий прорыв в области создания такой методики.

Ученые трансплантировали главные компоненты иммунной системы человека в организм мыши в надежде получить клетки, способные узнать молекулы, продуцируемые раковой опухолью человека. Затем полученные клетки можно будет применить для лечения больных онкологическими заболеваниями. Результаты исследования были опубликованы в сентябре 2010 г. в журнале Nature Medicine.

Сотрудники лаборатории Томаса Бланкенштайна изучают один из типов белых клеток крови – Т-лимфоциты. Т-лимфоциты играют ключевую роль в обнаружении чужеродных молекул, проникших в организм человека. Во время созревания клетки на ее мембране возникает уникальный Т-рецептор, узнающий определенные антигены (чужеродные белки). Взаимодействие рецептора Т-лимфоцита и инородной молекулы запускает иммунный ответ, который сопровождается образованием миллионов Т-лимфоцитов, имеющих такой же рецептор, распознающий чужеродную молекулу. В результате иммунный ответ приобретает генерализованный характер.

Т-лимфоциты способны распознавать очень большое число молекул. Информация о возможных белках, участвующих в формировании рецептора Т-лимфоцита, содержится в более чем 170 генах. Методом селекционного отбора из большого числа возможных белков выбирается ограниченное количество субъединиц, а информация, содержащаяся в неиспользуемой части генома – удаляется. Этот процесс можно сравнить с тем, как если бы вы составляли записку путем вычеркивания слов из газеты, а оставшиеся на странице слова образовывали бы нужный текст. Процесс носит случайный характер, и многие из образуемых рецепторов Т-лимфоцитов распознают собственные белки организма. Если Т-лимфоцит с таким рецептором попадет в кровоток, он может атаковать здоровые ткани и органы и вызвать развитие аутоиммунного заболевания. Для того, чтобы защитить организм от развития аутоиммунных заболеваний, существует система уничтожения Т-лимфоцитов, распознающих собственные белки. Созревание Т-лимфоцитов происходит в тимусе, в котором клетки иммунной системы «обучаются» узнавать практически все белки, которые образуются в организме человека. Если рецептор Т-лимфоцита соединяется с одним из белков организма, в норме Т-клетка погибает.

Процесс созревания Т-лимфоцитов защищает нас от развития аутоиммунных заболеваний, но в то же время он может уничтожить клетки, которые могут помочь нам бороться с раковыми опухолями. Большинство случаев возникновения злокачественных новообразований, вероятно, обусловлено мутациями, которые повреждают или изменяют структуру одного или нескольких собственных белков организма. В результате образуется новая молекула, «чужая» для организма. Она может оказаться на поверхности раковой клетки, где может быть распознана клетками иммунной системы. Считается, что клетки многих опухолей образуют подобные уникальные молекулы, которые называются специфические опухолевые антигены (tumor-specific antigens или TSAs). В то же время специфические опухолевые антигены, которые служат мишенью для Т-лимфоцитов, обычно уникальны для каждого вида опухоли и поэтому встречаются редко. Именно поэтому ученые при лечении онкологических больных используют в качестве мишеней так называемые ассоциированные с опухолью антигены (tumor-associated antigens или TAAs). Эти молекулы удобнее использовать в качестве мишеней потому, что они имеют одинаковое строение у разных людей, больных онкологическими заболеваниями. Но, поскольку ассоциированные с опухолью антигены являются белками организма и не подвергаются действию мутаций, на них не развивается продуктивный ответ иммунной системы. Т-клетки, которые могли бы распознать их, уничтожаются во время процесса своего созревания в тимусе.

«Если существуют Т-лимфоциты, способные распознать ассоциированные с опухолью антигены, мы можем их выделить, размножить в лабораторных условиях и трансплантировать обратно пациенту. Эти Т-лимфоциты могут вызвать развитие полноценного иммунного ответа, направленного против опухолевых клеток. Но из-за того, что в организме человека подобные Т-лимфоциты уничтожаются, от больных раковыми заболеваниями их получить невозможно», – объясняет Томас Бланкенштайн.

Однако Т-лимфоциты, способные распознать ассоциированные с опухолью антигены, можно вырастить в организме других млекопитающих. Иммунная система мышей напоминает иммунную систему человека: в ней также образуются Т-лимфоциты, несущие уникальные рецепторы антигенов, и сходным образом происходит созревание Т-клеток в тимусе. При этом в организме мыши во время обучения Т-лимфоцитов уничтожаются клетки, рецепторы которых распознают белки мыши, а Т-лимфоциты, рецепторы которых распознают белки человека, – сохраняются. При трансплантации в организм мыши человеческих антигенов, ассоциированных с опухолью, или других молекул, Т-лимфоциты мыши распознают их, размножаются и вызывают развитие иммунного ответа.

«Теоретически, в организме мыши возможно получить Т-лимфоциты, которые распознают «раковые» молекулы человека. Можно выделить генетический код рецепторов этих Т-лимфоцитов и поместить его в Т-лимфоциты человека. Если затем эти генетически модифицированные Т-лимфоциты трансплантировать в организм человека, то они смогут атаковать раковые клетки. В то же время мы не можем использовать рецепторы Т-лимфоцитов мыши, потому что они отличаются от рецепторов этих клеток у человека. В организме онкологического больного рецепторы Т-лимфоцитов мыши будут распознаваться как чужеродные молекулы, что приведет к отторжению трансплантированных клеток», – говорит Бланкенштайн.

Решение этой проблемы предложили Лианг-Пинг Ли (Liang-Ping Li) и другие сотрудники лаборатории. Они перенесли полный набор человеческих генов, используемый при синтезе рецепторов Т-лимфоцитов, в организм мыши, в котором затем образовались различные версии рецепторов человека. Выполнение этой манипуляции потребовало значительных усилий ученых, потому что в синтезе рецепторов Т-лимфоцитов участвует огромное число генов, находящихся в разных участках двух хромосом. Помещение такого большого количества новой информации в геном мыши потребовало решения определенных технических проблем, что заняло несколько лет напряженной исследовательской работы. Сотрудники лаборатории Томаса Бланкенштайна успешно справились с поставленной задачей, и сегодня им удалось ввести в геном мыши самый большой набор генов человека в истории генной инженерии.

Ученые уже приступили к оценке перспектив таких генетически модифицированных животных в клинической практике. Первой задачей станет выявление молекул, связанных с развитием у человека онкологического заболевания, и внедрение их в организм мыши. После того как молекула человека будет распознана рецепторами Т-лимфоцитов мыши, Т-клетки размножатся и их можно будет выделить из организма животного. Исследователи извлекут ген рецептора Т-лимфоцита и поместят его в предварительно полученные Т-лимфоциты больного онкологическим заболеванием. После культивирования и трансплантации больному Т-клетки должны стимулировать развитие полноценного иммунного ответа, который уничтожит опухоль.

Эта экспериментальная модель также должна помочь ответить на некоторые вопросы, связанные с развитием других видов заболеваний. Предположительно, аутоиммунные заболевания возникают вследствие нарушений в процессе созревания Т-лимфоцитов. Достаточно, чтобы систему контроля Т-лимфоцитов в организме преодолели и вышли за пределы тимуса всего несколько Т-клеток, способных распознать собственные белки человека, чтобы возникло аутоиммунное заболевание.

«Неизвестно, какие именно рецепторы Т-лимфоцитов сохраняются на их поверхности и вызывают развитие аутоиммунных заболеваний. Исследования на мышах помогут раскрыть эту загадку, потому что позволят идентифицировать рецепторы Т-лимфоцитов, направленные против собственных белков, которые уничтожаются в организме здорового человека, но сохраняются в организме больных аутоиммунными заболеваниями. Если рецептор Т-лимфоцита был распознан иммунной системой хотя бы один раз, то найти Т-лимфоциты с этим рецептором, которые случайно сохранились в организме больного аутоиммунным заболеванием, – очень просто. Наши эксперименты позволят разработать новые методы лечения больных аутоиммунными заболеваниями, направленные на уничтожение Т-лимфоцитов, приводящих к возникновению болезни», – считает руководитель работы.

Таким образом, новый метод лечения, разрабатываемый сотрудниками лаборатории Томаса Бленкештейна, поможет как онкологическим больным, так и больным аутоиммунными заболеваниями.

Исследователи получили мышей, в организме которых образуются Т-лимфоциты, несущие на своей поверхности человеческие рецепторы, распознающие маркерные молекулы опухолей. Выделенные из организма мыши Т-лимфоциты были отсортированы с помощью проточной цитофлуориметрии. 3% CD8+ Т-лимфоцитов взаимодействовали с молекулой, связанной с развитием меланомы у человека. Такой процент Т-клеток достаточен для того, чтобы выделить их из организма и извлечь генетический код их рецептора.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Li LP, Lampert JC, Chen X, Leitao C, Popović J, Müller W, Blankenstein T. Transgenic mice with a diverse human T cell antigen receptor repertoire. – Nat Med. 2010 Sep; 16(9):1029–34.