Рюкзак, набитый препаратами для лечения рассеянного склероза

Рассеянный склероз (РС) – это разрушительное аутоиммунное заболевание, которое разрушает защитный миелиновый покров вокруг нервов, нарушая связь между мозгом и телом и вызывая постепенное снижение способности пациентов двигаться и функционировать. В 2020 году в “Атласе рассеянного склероза” сообщалось, что каждые пять минут во всем мире у кого-то диагностируется рассеянный склероз, что увеличивает число примерно 2,8 миллионов человек, которым в настоящее время приходится жить с этим заболеванием. Вызывает тревогу тот факт, что с 2013 года распространенность рассеянного склероза во всем мире выросла на 30%.

Ключевой причиной рассеянного склероза является внезапное воспаление нервов, вызванное так называемыми миелоидными клетками “врожденной” иммунной системы в уязвимых областях головного и спинного мозга, которые вместе образуют центральную нервную систему (ЦНС).Эти “острые воспалительные поражения” затем привлекают другие миелоидные клетки, а также самореактивные Т- и В-клетки, которые принадлежат ко второму звену иммунной системы, известному как “адаптивная иммунная система”, и непосредственно атакуют миелиновую оболочку. Хотя лекарства от рассеянного склероза не существует, существующие методы лечения, модифицирующие заболевание, в виде низкомолекулярных и белковых препаратов либо непосредственно воздействуют на самореактивные иммунные клетки, либо в целом ослабляют воспаление. Однако многие из этих методов лечения вызывают серьезные побочные эффекты в различных частях тела, включая саму иммунную систему, и, таким образом, несут значительный риск для здоровья.

Теперь исследовательская группа из Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете и Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) разработала клеточную терапию в качестве сильной альтернативы существующим низкомолекулярным и белковым методам лечения, которая использует миелоидные клетки, тот самый тип иммунных клеток, которые вызывают у пациентов воспаление нервов, вызывающее рассеянный склероз.

Чтобы преобразовать потенциально воспалительные миелоидные клетки в терапевтические, они выделили и культивировали моноциты (тип миелоидных клеток) из костного мозга мышей-доноров и стабильно прикрепляли крошечные микрочастицы, называемые “рюкзаками”, к поверхности клеток. Эти рюкзаки наполнены противовоспалительными молекулами, которые направляют дифференцировку клеток-носителей в противовоспалительные клетки in vivo. При повторном введении в мышиную модель рассеянного склероза моноциты, загруженные в рюкзак, были способны влиять на специфичные для рассеянного склероза иммунные реакции, частично обратить вспять паралич задних конечностей и улучшить двигательные функции. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“Современные методы лечения рассеянного склероза не нацелены конкретно на миелоидные клетки. Это очень пластичные ячейки, которые могут переключаться между различными состояниями и поэтому ими трудно управлять. Наш подход к использованию рюкзаков на основе биоматериалов – это высокоэффективный способ сохранить их противовоспалительное состояние”, – сказал старший автор Самир Митраготри, доктор философии, который является основным преподавателем Института Висса. “Во многих отношениях более простые, чем другие методы клеточной терапии, миелоидные клетки могут быть легко получены из периферической крови пациентов, модифицированы с помощью рюкзаков за короткий этап культивирования и реинфузированы обратно первоначальному донору, где они попадают в воспалительные очаги и влияют на специфичный для РС иммунный ответ не только локально., но в более широком смысле.” Митраготри также является профессором биоинженерии Хиллера и профессором биологической инженерии Хансйорга Висса в SEAS.

Многие методы клеточной терапии, такие как знаменитая CAR-T-клеточная терапия, требуют мобилизации иммунных клеток из определенных тканевых компартментов организма с помощью лекарств, генетической модификации, а затем амплификации в течение нескольких недель вне организма. Миелоидные клетки могут быть непосредственно извлечены с помощью общепринятых методов и модифицированы с помощью рюкзаков в течение нескольких часов, что делает терапию более легко переносимой.Кроме того, некоторые типы миелоидных клеток обладают способностью преодолевать гематоэнцефалический барьер, что делает их особенно подходящими для лечения заболеваний ЦНС.

Новый дизайн рюкзаков для мобильных устройств

Группа Митраготри ранее обнаружила, что, когда они прикрепляли маленькие дискообразные рюкзачки к клеткам миелоидной линии, они оставались стабильно открытыми на поверхности клеток, в то время как многие другие клетки легко усваивали и инактивировали их. Добавление определенных молекул в рюкзаки позволило команде поддерживать контроль над поведением клеток. Они использовали это открытие в клеточной терапии для борьбы с опухолями, состоящей из макрофагов, нагруженных рюкзаками, которые являются специфическим типом миелоидных клеток.В своем новом исследовании они сосредоточились на моноцитах, которые также принадлежат к линии миелоидной дифференцировки и являются предшественниками макрофагов.Моноциты могут эффективно проникать в мозг и затем дифференцироваться в макрофаги, которые являются одним из преобладающих типов воспалительных клеток при активных поражениях рассеянным склерозом.

“Из-за их способности проникать в ЦНС, инфильтрировать воспалительные очаги и дифференцироваться в макрофаги стратегия “рюкзака”, позволяющая контролировать дифференцировку моноцитов, имела чрезвычайный смысл”, – сказал первый автор Неха Капате, аспирант, работающий с Митраготри. “Мы остановили свой выбор на рюкзаках, которые содержали интерлейкин-4 [IL-4] и дексаметазон, две молекулы, которые, как мы позже обнаружили, обеспечивают синергический противовоспалительный эффект”.

Команда изготовила свои рюкзаки микрометрового размера с помощью процесса, известного как серийное “спиновое покрытие”, при котором тонкие пленки, состоящие из полимера PLGA и других биосовместимых веществ и содержащие противовоспалительные молекулы, накладываются друг на друга, как слои луковицы. В качестве заключительного шага на внешнюю поверхность рюкзака был нанесен фрагмент антитела, позволяющий ему прилипать к моноцитам.

У сотовых рюкзаков появляются ножки

Чтобы проверить терапевтическую эффективность моноцитов, загруженных в рюкзаки, исследователи выделили моноциты у здоровых мышей-доноров и на коротком этапе культивирования клеток прикрепили к ним рюкзаки.Затем они ввели модифицированные клетки в мышиную модель рассеянного склероза, известную среди исследователей как экспериментальная модель аутоиммунного энцефаломиелита (EAE). “Когда мы вводили моноциты, несущие рюкзак, и, параллельно, неизмененные контрольные моноциты мышам с EAE с продолжающимся воспалением нервов, моноциты, несущие рюкзак, более эффективно проникали в воспаленные поражения ЦНС. Они также уменьшили воспаление внутри очагов поражения и сместили местный и системный иммунный ответ, связанный с рассеянным склерозом, в сторону терапевтического результата”, – сказал Капате. “Полученные в результате противовоспалительные моноциты также вызывали перекрестные эффекты с другими популяциями иммунных клеток, такими как специфические Т-хелперные клетки, которые связаны с самонаправленным адаптивным аутоиммунным ответом”.

Симптомы заболевания у мышей EAE, получавших моноциты, нагруженные рюкзаком, были значительно улучшены, и к концу исследования у животных просто повис хвост, по сравнению с полным параличом задних конечностей контрольных животных.Лечение также продлило выживаемость животных – все мыши, получавшие моноциты, несущие рюкзак, дожили до конца исследования, в то время как значительное число контрольных мышей умерло. Важно отметить, что величина терапевтического эффекта, наблюдаемая командой, соответствует заявленным терапевтическим методам лечения, которые были протестированы в других исследованиях с использованием той же модели. Поскольку модель EAE в основном имитирует прогрессирующую форму рассеянного склероза, а не более распространенную “рецидивирующе-ремиттирующую” форму, с которой заболевание начинается примерно у 85% пациентов с рассеянным склерозом, и которая на более поздних стадиях также может прогрессировать, команда планирует также исследовать свой подход на моделях рецидивирующего- ремиссия рассеянного склероза Способность подавлять воспаление на ранних стадиях может принести огромную пользу пациентам.

“Способность этой команды преобразовывать потенциально патогенный тип иммунных клеток в терапевтический при рассеянном склерозе, который чрезвычайно трудно или невозможно лечить, может открыть совершенно новый путь лечения пациентов с различными неврологическими заболеваниями”, – сказал директор-основатель Wyss Дональд Ингбер, доктор медицинских наук., который также является профессором сосудистой биологии Джуды Фолкман в Гарвардской медицинской школе и Бостонской детской больнице, а также профессором биоинженерии Хансйорга Висса в SEAS.

Другими авторами исследования являются Майкл Данн, Нинад Кумбходжкар, Суприя Пракаш, Лили Ли-Вен Ван, Аманда Гравелайн, Кен Су Пак, Вайнет Чандран Суджа, Джухи Гоял и Джон Клегг. Исследование было поддержано Институтом Висса при Гарвардском университете, SEAS, Национальным научным фондом (в рамках премии № ECCS-2025158 и 1122374).

Капате Н., Данн М., Кумбходжкар Н., Пракаш С., Ван Л.Л., Гравелайн А., Парк К.С., Чандран Суджа В., Гоял Дж., Клегг-младший, Митраготри С.
Основанная на рюкзаке терапия миелоидными клетками для лечения рассеянного склероза.
Отчет Национальной академии наук США 2023, 25 апреля; 120(17): e2221535120. doi: