ВЫПУСК 97

Терапевтическая нановакцина против СД1 успешно испытана на мышах

Новое исследование, опубликованное Cell Press он-лайн в журнале Immunity, описывает уникальную терапевтическую «нановакцину», успешно борющуюся с диабетом первого типа в экспериментах на мышах. Кроме развития новых взглядов на диабет, исследование выявляет уникальный аспект патологии иммунного ответа, который может привести к новой стратегии лечения многих аутоиммунных заболеваний.

Диабет 1 типа (СД1) – хроническое аутоиммунное заболевание, развивающееся в результате разрушения вырабатывающих инсулин панкреатических клеток определенными белыми клетками крови – T-клетками. «К сожалению, устранить нежелательные эффекты воздействия Т-клеток, атакующих поджелудочную железу, сегодня невозможно без того, чтобы одновременно не устранить сами Т-клетки, защищающие нас от инфекций и рака», - объясняет д-р Пере Сантамария (Pere Santamaria) из Научно-исследовательского центра диабета Джулии МакФарлейн (Julia McFarlane Diabetes Research Centre) при Университете Калгари (University of Calgary) в Альберте, Канада.

Д-р Сантамария и его коллеги решили найти способ противостоять разрушительному аутоиммунному ответу без ущерба для общего иммунитета. Они открыли, что наш организм имеет врожденный механизм, который старается остановить развитие аутоиммунных заболеваний подобных СД1. В принципе, идет постоянное перетягивание каната между агрессивными Т-клетками, вызывающими заболевание, и более слабыми Т-клетками, препятствующими его возникновению путем уничтожения получивших ложную информацию так называемых «антигенпрезентирующих клеток».

Исследователи разработали уникальную основанную на нанотехнологиях «вакцину», которая избирательно усиливает слабые Т-клетки, делая их способными противостоять вреду, наносимому их гиперактивными «родственниками». Вакцина представляет собой наночастицы (NPs, сферы, имеющие размер в тысячи раз меньший, чем клетки), покрытые фрагментами белка, представляющими собой антигены гибнущих при СД1 бэта-клеток поджелудочной железы, связанными с МНС-молекулами (pMHC). Молекулы MHC используются другим типом белых клеток крови – теми самыми антигенпрезентирующими клетками, представляющими антигены бэта-клеток агрессивным Т-клеткам.

Когда слабые Т-клетки, способствующие прерыванию аутоиммунного ответа, сталкиваются с большим количеством антигенов на наночастицах, они начинают активно атаковать антигенпрезентирующие клетки, лишая сильные Т-клетки источника информации. Силы двух популяций сначала выравниваются, а затем, благодаря большей продолжительности жизни слабых Т-клеток, порочный круг аутоиммунного заболевания разрывается.

Воспроизведя модель СД1 на мышах, ученые обнаружили, что их наночастицы замедляют прогрессию СД1 у мышей с предиабетом и восстанавливают нормальный уровень сахара в крови уже больных животных. Более того, наночастицы, несущие белковые комплексы, свойственные диабету человека, также восстанавливали нормальный уровень сахара в модели заболевания. Авторы подчеркивают, что на рМНС-NP-терапию отвечали только те белые клетки крови, которые образуются в процессе заболевания. Это означает, что лечение не приведет к каким-либо последствиям у здоровых индивидов, так как не оказывает неспецифического воздействия на иммунную систему.

«Если подход, на котором основана наша нановакцина, подтвердит свою эффективность на других хронических аутоиммунных заболеваниях, таких, например, как рассеянный склероз, ревматоидный артрит и другие, нановакцины могут найти широкое применение в области аутоиммунологии», - предполагает д-р Сантамария. «В принципе, можно разработать pMHC-нановакцины на любом свойственном определенному заболеванию pMHC-комплексе, участвующем в его развитии».

По материалам

Reversal of Autoimmunity by Boosting Memory-like Autoregulatory T Cells

'Nanovaccine' reverses type 1 diabetes in mice

Нанобиочип для диагностики рака ротовой полости

Согласно предварительным исследованиям ученых из Университета Райса (Rice University), центров здравоохранения в Хьюстоне и Сан-Антонио (Health Science Centers at Houston and San Antonio) и Онкологического центра Андерсона Техасского университета (University of Texas M.D. Anderson Cancer Center) легкое прикосновение кисточки к повреждению на языке или щеке может помочь в обнаружении рака ротовой полости с успехом, сопоставимым с диагностикой более инвазивными методами.

Анализ, проведенный новым диагностическим нанобиочипом, показал себя на 97% чувствительным и на 93% избирательным в выявлении пациентов со злокачественными или предраковыми образованиями – результаты, сравнимые с традиционными анализами.

Исследование опубликовано в он-лайн версии журнала Cancer Prevention Research.

«Одним из ключевых результатов данной работы является подтверждение того, что миниатюризированные, неинвазивные подходы дают те же результаты, что и патологи», - говорит Джон МакДэвитт (John McDevitt), профессор химии и биоинженерии в Университете Райса, в чьей лаборатории был разработан новый нанобиочип.

Рак ротовой полости выявляется у более чем 300000 человек ежегодно, включая 35000 только в США. Пятилетняя выживаемость составляет 60%, но если болезнь диагностируется на ранних стадиях развития, процент выживаемости повышается до 90.

МакДэвитт и его группа работают над созданием недорогого чипа, с помощью которого можно отличить предраковые состояния от 95 % поражений, которые не переродятся в злокачественные.

Минимально инвазивный метод выдает результат через 15 минут вместо нескольких дней, необходимых для существующих сейчас лабораторных методов. А вместо болезненной инвазивной процедуры биопсии новый метод требует лишь легкого прикосновения к повреждениям на щеке или языке инструментом, напоминающим по виду зубную щетку.

«Область диагностики вообще является очень сложной для научного и врачебного сообщества», - говорит МакДэвитт. «Как часть этой проблемы можно выделить отсутствие в настоящее время надежных диагностических инструментов».

Пациентов с подозрительными повреждениями, обычно обнаруживаемыми стоматологами или челюстно-лицевыми хирургами, подвергают процедуре биопсии каждые шесть месяцев. «Специалисты, имеющие богатый опыт в этой области, обычно не испытывают трудностей с обнаружением таких повреждений», - говорит МакДэвитт. «Проблемным является следующий шаг – получение материала из ткани щеки. Сутью нашей работы является разработка более гуманного и менее болезненного способа проведения данного анализа, и на этапе предварительных испытаний наш метод показал себя как очень успешный».

Шагом вперед в этом направлении являются нанобиочипы – маленькие, основанные на полупроводниках устройства, сочетающие в себе способность захватывать, маркировать и анализировать биомаркеры к целому ряду заболеваний, включая сердечно-сосудистые болезни, ВИЧ-инфекцию и травматические повреждения. Исследователи надеются, что в конечном итоге применение нанобиочипов резко снизит стоимость медицинской диагностики и внесет значительный вклад в задачу повышения качества медицинского обслуживания во все мире.

Сравнение результатов, полученных методами традиционной диагностики и с помощью нанобиочипа, было проведено на небольшой выборке из 52 пациентов с видимыми поражениями ротовой полости, лейкоплакией и эритроплакией, которые были направлены к специалистам по поводу хирургической биопсии или удаления поражения. Из этой группы 11 пациентов были признаны здоровыми.

Чипы также должны видеть, когда аномалия представляет собой предраковое состояние. «Нужно диагностировать рак как можно раньше, на той стадии, когда предрак только переходит в самые ранние стадии рака. Тогда процент пятилетней выживаемости очень высок», - говорит ученый. «На настоящий же момент, в большинстве случаев, мы захватываем заболевание уже на третьей стадии, когда выживаемость очень низка».

Более широкомасштабные испытания нового нанобиочипа на 500 пациентах в ближайшее время начнутся в Хьюстоне, Сан-Антонио, а также в Англии. Это может привести к заявке на одобрение Управлением по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами США (Food and Drug Administration - FDA) в течение ближайших двух-четырех лет.

В конечном итоге, считает МакДэвитт, получив возможность диагностировать заболевание на его ранних стадиях прямо в кресле, первой линией защиты от рака ротовой полости смогут стать стоматологи.

Оригинал статьи

Chip checks for oral cancer

Важные открытия в области архитектуры белков могут помочь в разработке лекарств и наноматериалов

Ученые из Сингапура подобрали ключи к архитектуре белка, регулирующего уровни железа почти во всех живых организмах. Их исследование – одна из первых успешных попыток разобраться в сложной биологической наноструктуре и определить правила, регулирующие ее естественное образование.

Работа группы ученых из Технологического университета Наньян (Nanyang Technological University) на белке ферритине, результаты которой опубликованы в журнале Journal of Biological Chemistry, окажет, как ожидается, значительное влияние на сферу разработки лекарственных препаратов и наноматериалов.

Инженерная разработка структуры белка является заветной мечтой структурных биологов, и осуществление этой мечты значительно ускоряется благодаря исследованиям, направленным на выяснение того, что управляет наноархитектурой белка.

В качестве потенциальной модели для объяснения сложной структуры белка в целом руководитель исследования доцент Брэнден П. Орнер (Brendan P. Orner) выбрал белок ферритин.

Ферритин регулирует распределение железа, которое необходимо для целого ряда клеточных функций, но также образует реакционно-активные ионы, ведущие к смерти клетки. Имеющий форму сферической наноклетки (nanocage) ферритин состоит из 24 белковых субъединиц и обладает способностью изолировать реакционные ионы железа. У людей ферритин предотвращает как дефицит железа, так и его избыток.

«Законы, управляющие самоорганизацией наносистем, подобных ферритину, пока непонятны», - объясняет Орнер. «Мы систематически анализировали взаимодействия между 24 субъединицами ферритина, составляющими наноклетку, и определяли горячие точки, имеющие решающее значение для ее образования».

Целью ученых было выяснить, какие аминокислоты отвечают за сборку наноклетки, и они обнаружили, что можно как разобрать ферритин на субъединицы путем удаления одних аминокислотных боковых цепочек, так и, что удивительно, стабилизировать структуру путем удаления других.

Понимание законов сборки наноклетки может открыть путь к созданию лекарственных препаратов, способных нарушать структуру и функции дефектных белков, вызывающих определенные заболевания или способствующих их развитию. Кроме того, это может помочь в создании биологических наноструктур, в которых ученые смогут выращивать специальные частицы и материалы с большим разнообразием свойств и применений.

«В клеточной биологии существует много наноструктур, отличающихся удивительной сложностью и симметрией», - говорит Орнер. «Проблема состоит в том, что многие из подобных ферритину структур являются самоорганизующимися белками и, если мы хотим использовать их в качестве наноматериалов, мы должны понять основы, которые заставляют их образовывать именно такие формы естественным путем».

Особый интерес для Орнера и его коллег представляет выращивание наночастиц с точными размерами внутри оболочек ферритина. Они уже разработали новый метод получения в них наночастиц золота.

«Небольшие различия в размере или форме могут радикально изменить свойства наночастицы, особенно в случае металлов или полупроводников», - говорит Орнер. «Наши ферритиновые белки являются полыми, поэтому, если мы выращиваем внутри них минеральные или металлические кластеры, рост останавливается, когда частицы достигают пределов белковой оболочки».

Изучая правила, регулирующие сборку и организацию таких белков в природе, говорит Орнер, ученые надеются однажды научиться использовать их, чтобы создавать новые белки с новыми формами и размерами и, таким образом, получать наночастицы новых размеров и форм внутри них.

«Такие наночастицы могут быть использованы в лабораторных исследованиях для высокопроизводительного скрининга определенных белок-белковых взаимодействий, имеющих место, например, при вирусных инфекциях и раке», - говорит он.

Статья ученых в Journal of Biological Chemistry названа «статьей недели», попав в 1% наиболее значимых и ценных с научной точки зрения работ, рассмотренных редакционной коллегией журнала.

Оригинал статьи

Significant Findings About Protein Architecture May Aid in Drug Design, Generation of Nanomaterials

В лабораториях ученых

Ученые значительно повысили эффективность противораковых препаратов

Американские ученые из Медицинского научно-исследовательского института Сэнфорд-Бернем (Sanford-Burnham Medical Research Institute) продемонстрировали, что пептид (цепочка из аминокислот) iRGD помогает противораковым препаратам глубоко проникать в опухолевую ткань.

Применение пептида приводит к значительному увеличению эффективности лечения рака молочной железы человека и рака простаты и поджелудочной железы у мышей. Терапевтический эффект от применения одной третьей части обычной дозы противоракового препарата в сочетании в пептидом iRGD соответствует эффекту, получаемому при введении целой дозы препарата без пептида.

Достижение ученых описывается в статье, опубликованной в он-лайн издании журнала Science.

«Лекарственные препараты плохо проникают в опухоль за пределы нескольких диаметров клеток, прилегающих к кровеносному сосуду», - говорит д-р Эркки Руослахти (Erkki Ruoslahti), почетный профессор Медицинского научно-исследовательского института Сэнфорд-Бернем. «Это приводит к тому, что некоторые опухолевые клетки получают субоптимальную дозу препарата, увеличивая риск развития, как рецидивов, так и лекарственной резистентности. Пептид iRGD решает эту проблему путем активации транспортной системы опухоли, что приводит к распределению параллельно введенных препаратов по всей опухоли и увеличивает их накопление».

Еще в 80-х годах д-р Руослахти доказал, что пептид RGD, состоящий из трех аминокислот (аргинин – глицин – аспарагиновая кислота), является высоко селективным идентификатором злокачественных тканей, связываясь с уникальными рецепторами сосудов опухолей. Способность пептида RGD связываться с опухолями была использована для разработки новых соединений для диагностики и лечения рака.

Новый вариант пептида RGD – iRGD – сочетает свойства RGD с элементом проникновения в ткани, названным CendR. Так же как более ранний пептид RGD, iRGD проникает в опухоли, но CendR, после ферментативного расщепления iRGD, активирует транспорт противоракового препарата через стенки кровеносных сосудов в ядро опухоли. В статье, опубликованной в Cancer Cell, исследователи показали, что сочетание iRGD с противораковыми препаратами позволяет им глубоко проникать в опухоли, эффективно усиливая их активность.

Исследование, опубликованное в Science, имеет очень важную особенность. Ученые сделали неожиданное открытие: чтобы iRGD увеличил эффективность противоракового препарата, их не нужно связывать химически. Противораковые свойства препарата усиливает простая его комбинация с iRGD. Для доставки терапевтических средств внутрь опухоли сочетание может быть даже более эффективным, чем химическое соединение противоракового препарата с пептидом. Этот новый подход означает, что с помощью iRGD можно увеличить эффективность уже существующих препаратов без создания новых химических веществ, что осложнило бы путь к утверждению их клинического использования.

Помимо эффективности по отношению к раку груди человека и раку простаты и поджелудочной железы у мышей iRGD демонстрирует хорошее проникновение и в другие опухоли и, вероятно, может применяться для лечения большинства, если не всех, солидных опухолей. Пептид iRGD увеличивает эффективность многих типов противораковых препаратов, включая низкомолекулярные соединения, моноклональные антитела и два препарата на наночастицах. Резистентные к определенному препарату опухоли показывают хорошую реакцию на его сочетание с iRGD, а опухоли, частично реагирующие на какое-либо лекарство, уничтожаются с помощью комбинации.

«Результаты применения iRGD на мышах очень перспективны, но нам еще предстоит продемонстрировать его ценность при лечении рака у людей», - комментирует результаты д-р Руослахти.

Оригинал статьи

Cancer Drug Effectiveness Substantially Advanced

Полная или частичная перепечатка любого материала разрешается и приветствуется при обязательной гиперссылке на рассылку «Нанотехнологии в медицине и биологии»