Цель проекта:
Исследование взаимодействий клеток опухоли и микроокружения при регуляции процессов прогрессирования, метастазирования и ответа опухоли на иммунотерапию с использованием 3D-моделей опухолей молочной железы и головного мозга человека и разработка эффективных иммунотерапевтических подходов.
Критической проблемой при разработке и внедрении эффективных противоопухолевых терапевтических подходов является отсутствие адекватных модельных систем in vitro. Темпы разработки новых эффективных методов лечения растут, но количество испытательных платформ, способных максимально точно имитировать опухоль и ее МО, ограничено. При тестировании противоопухолевых препаратов многие эксперименты по-прежнему проводятся с использованием 2D-культур, ксенотрансплантатов или сингенных животных моделей. При этом, 2D-модели не способны имитировать сложность структуры опухоли и взаимодействие клеток опухоли и МО. Животные модели не всегда адекватно отражают события, специфичные для человека, что ограничивает их применимость. Кроме того, экспериментальные животные модели зачастую очень дороги и сложны в применении, и их использование сопряжено с этическими проблемами, касающимися благополучия животных, особенно в контексте принципов 3R (замена, сокращение, усовершенствование). Наиболее распространённой 3D-моделью является модель сфероида. Сфероиды — это трехмерные агрегаты клеток, обладающие способностью к самосборке in vitro в условиях низкой адгезии. Для создания таких моделей возможно использование клеток как иммортализованных линий (коммерческие банки клеточных линий) для фундаментальных исследований, так и клеток первичных культур, полученных из образцов опухолей пациентов, для разработки подходов персонализированной терапии. В отличие от иммунодефицитных животных, лишенных иммунной системы (ксенотрансплантаты), или сингенных опухолевых моделей, в которых отсутствуют человеческие клетки в МО, 3D-модели in vitro позволяют использовать как опухолевые, так и иммунные клетки человека, и изучать межклеточные взаимодействия, механизмы формирования резистентности и другие особенности злокачественных новообразований.
Таким образом, клинически значимые модели in vitro необходимы для воссоздания сложных взаимодействий между опухолевыми и стромальными клетками и представляют собой инструменты для лучшего понимания молекулярных механизмов взаимодействия опухоль-строма, а также для тестирования новых методов лечения опухолей. Усовершенствование трехмерных клеточных моделей опухолей способствует сокращению разрыва между фундаментальными открытиями и их применением.
Многообещающим направлением терапии рака становится иммунотерапия, включающая онколитические вирусы, ингибиторы контрольных точек иммунитета, CAR T-клеточную терапию, вакцины и др. Иммунотерапия, опосредованная NK-клетками, демонстрирует обнадеживающие результаты при лечении солидных опухолей, в том числе рака молочной железы и головного мозга, благодаря своим уникальным преимуществам, таким как антиген-неспецифическая и MHC-независимая противоопухолевая активность. Однако при разработке иммунотерапевтических агентов и повышении эффективности иммунотерапии необходимо также учитывать сложное микроокружение опухоли и способность клеток опухоли ускользать от иммунного надзора. Одна из стратегий усиления «киллерной» активности NK-клеток в отношении опухоли состоит в том, чтобы увеличить восприимчивость опухолевых клеток к цитотоксическому действию NK-клеток. Сенсибилизация опухолевых клеток различными химиопрепаратами приводит к усилению экспрессии активирующего лиганда, что делает эти клетки более восприимчивыми к действию иммунных клеток. Комбинированное действие химиопрепаратов и NK-клеток усиливает активность иммунных клеток в отношении клеток опухоли и способствует усилению терапевтического эффекта.
Разработка лекарств на основе онколитических вирусов (ОВ) для терапии злокачественных новообразований еще одно перспективное направление исследований и актуальная задача онкологии. ИХБФМ СО РАН совместно с ГНЦ ВБ «Вектор» разработал противоопухолевое лекарственное средство на основе рекомбинантного штамма VV-GMCSF-Lact вируса осповакцины [Clinicaltrials.gov, NCT05376527]. VV-GMCSF-Lact уже продемонстрировал свою безопасность и противоопухолевую эффективность в доклинических исследованиях. Ранее, в экспериментах было показано, что VV-GMCSF-Lact обладает высокой онколитической активностью по отношению к клеткам глиобластомы in vitro и in vivo. Комбинированная терапия опухолей с применением ОВ/цитотоксических агентов и NK-клеток может повысить эффективность лечения. Соответственно, для понимания положительных и отрицательных эффектов NK-клеток при лечении необходимо использовать доклинические модели, способные воспроизводить гетерогенные характеристики опухоли и микроокружения.
Руководитель проекта: Анна Андреевна Нуштаева, руководитель группы, Научный центр генетики и наук о жизни
Коллектив проекта: ведущий научный сотрудник Мария Владимировна Богачек, ведущий научный сотрудник Сергей Константинович Владимиров, ведущий научный сотрудник Давид Сергеевич Сергеевичев, старший научный сотрудник Наталья Сергеевна Васильева, младший научный сотрудник Юлия Алексеевна Никтина, младший научный сотрудник Алиса Борисовна Агеенко, старший лаборант Анастасия Александровна Леонтьева, лаборант-исследователь Алина Алексеевна Казакова, лаборант-исследователь Анна Алексеевна Ильина.
Проект реализуется при государственной поддержке в виде субсидии из бюджета федеральной территории «Сириус», выделенной в рамках реализации мероприятия 2.3 «Привлечение научных команд под руководством ведущих и молодых учёных для проведения исследований на базе научных и образовательных организаций федеральной территории «Сириус» государственной программы федеральной территории «Сириус» — «Научно-технологическое развитие федеральной территории «Сириус».
Проблема борьбы с онкологическими заболеваниями является существенной для социально-экономического развития России. Гетерогенное микроокружение (МО), в том числе опухолей молочной железы и глиобластомы, влияет на прогрессирование и лекарственную резистентность опухоли. Перспективной стратегией лечения является комбинированная иммунотерапия.
Гомотипическая 3D-модель (состоящая только из одного типа клеток) не воспроизводит клеточную гетерогенность опухоли и лишь частично отражает действие противоопухолевых агентов при разработке новых терапевтических подходов. Гетеротипические 3D-модели способны имитировать особенности опухоли in vivo и пригодны для исследований взаимодействия опухоль – строма.
Гетеротипические 3D-модели in vitro позволят детально исследовать взаимодействия клеток опухоли и ее микроокружения и послужат платформой для апробации эффективных терапевтических подходов, в том числе и виротерапию.
Опухоли часто создают иммуносупрессивную опухолевую микросреду, которая делает их «холодными», то есть в опухоли содержится мало иммунных клеток, что ограничивает эффективность T- и NK- иммунотерапии. Новые подходы иммунотерапии, такие как ингибиторы контрольных точек, не способны реактивировать иммунные клетки, нацеленные на опухоль. Поэтому необходимы комбинированные терапевтические подходы, которые решают проблему иммуносупрессии опухоли. При разработке эффективной иммунотерапии увеличение инфильтрации опухоли как терапевтическим агентом, так и иммунными клетками является актуальной фундаментальной задачей. В данном проекте мы предлагаем, с использованием гетеротипических сфероидов рака молочной железы и головного мозга, подробное исследование взаимодействий клеток опухоли и стромальных клеток и разработку иммунотерапевтических подходов, обеспечивающих усиление инфильтрации иммунных клеток в опухоль и, как результат, повышение восприимчивости опухоли и ее микроокружение к противоопухолевым препаратам.
Клинически значимые модели in vitro необходимы для воссоздания сложных взаимодействий между опухолевыми и стромальными клетками и представляют собой инструменты для лучшего понимания молекулярных механизмов взаимодействия опухоль-строма, а также для тестирования новых методов лечения опухолей. Усовершенствование трехмерных клеточных моделей опухолей способствует сокращению разрыва между фундаментальными открытиями и их применением.
Будут разработаны клинически значимые клеточные модели, необходимые для исследований взаимодействий между опухолевыми клетками и клетками микроокружения (МО) in vitro и позволяющие устанавливать молекулярные механизмы, обуславливающие прогрессирование опухоли и развитие лекарственной резистентности.
С использованием гетеротипических 3D-моделей опухолей головного мозга будут разработаны стратегии комбинированной иммунотерапии опухолей онколитическим вирусом VV-GMCSF-Lact и NK-клетками.
На гетеротипических моделях рака молочной железы будут получены данные о восприимчивость клеток опухоли, сенсибилизированных стандартными химиопрепаратами, к иммунотерапии NK-клетками и/или цитокинами микроокружения опухоли.
