Два недавних исследования, проведенных в Центре кругового дихроизма (B23) в Diamond Light Source, пролили свет на то, как подтип лейкемии может распространяться в организме. Исследования, опубликованные в OncoImmunology и Nanoscale, не только идентифицировали ряд ключевых белков, которые участвуют в прогрессировании лейкемии, но и показали, что их можно использовать в качестве стыковочных точек для проведения таргетной терапии.
Острый миелоидный лейкоз (ОМЛ) – это форма рака, которая возникает из лейкоцитов, известных как гранулоциты или моноциты в костном мозге. Обычно это лечится с помощью химиотерапии, но некоторым пациентам также требуется трансплантация стволовых клеток. Хотя это наиболее распространенный тип острого лейкоза у взрослых, клеточные механизмы, используемые клетками AML для выживания и пролиферации, все еще выясняются.
Большая совместная группа ученых под руководством исследователей из Кентского университета ранее обнаружила, что белок, известный как блок 1 группы высокой мобильности (HMGB1), запускает прогрессирование ОМЛ. Чтобы изучить влияние HMGB1 более подробно, они использовали B23, чтобы выяснить, как он взаимодействует с другими белками.
Они увидели, что HMGB1 запускает высвобождение известных медиаторов рака: фактора некроза опухоли альфа (TNF-α) и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), и с помощью B23 увидели, что он также действует как лиганд для Т-клеточного иммуноглобулина и муцина. домен 3 (Тим-3). Параллельно с этим исследованием они нацеливали Tim-3 на поверхность клеток AML с помощью сделанных на заказ наночастиц золота, загруженных цитотоксическим препаратом под названием рапамицин. Они увидели, что лекарство проникло внутрь клетки и нарушило сигнальные пути. Эти идеи не только открывают огромный потенциал для будущих терапевтических средств AML, но также могут сыграть роль в быстрой диагностике лейкемии.
Уклоняйтесь от иммунной атаки
Лейкоз – это рак крови и костного мозга, из которых ОМЛ является лишь одним из четырех основных подтипов. ОМЛ активно лечат химиотерапией и трансплантацией стволовых клеток, а некоторые новые таргетные методы лечения в настоящее время проходят клинические испытания. Интересно, что наша иммунная система также обладает способностью убивать раковые клетки, но раковые клетки, такие как AML, реализуют механизмы для деактивации иммунных клеток и уклонения от иммунной атаки.
Когда ОМЛ развивается в костном мозге, растущее количество аномальных клеток создает стрессовую среду, которая побуждает доброкачественные окружающие клетки выделять белок, известный как HMGB1. HMGB1 иногда называют «тревожным сигналом» (сигнал опасности), потому что он действует как сигнал опасности, запускающий сигнальные пути и способствующий распространению; однако было неясно, как лейкемия использовала это "тревога".
Европейское сотрудничество между учеными из Кентского университета, Университетского медицинского центра Гамбург-Эппендорф (Германия), Университета Ольденбурга (Германия), Университета делла Свиццера (Швейцария), Университета Берна (Швейцария) и Diamond Light Source приступило к изучению. Подробнее о HMGB1.
Доктор. Вадим Сумбаев из фармацевтической школы Медуэй Кентского университета, главный исследователь, объяснил их мотивацию: "Нас интересовали механизмы, с помощью которых злокачественные клетки крови избегают иммунного надзора хозяина. Наши долгосрочные цели – выяснить, как отключить эти механизмы в раковых клетках, чтобы иммунные клетки могли нормально работать и, таким образом, выполнять свою работу и убивать раковые клетки. Это позволит избежать необходимости использовать суровые методы лечения, такие как химиотерапия или трансплантация костного мозга."
Фактор стволовых клеток
Команда обработала образцы крови пациентов с ОМЛ с HMGB1, чтобы увидеть, какие белки были активированы. Они также использовали круговой дихрозим в B23, который был оснащен высоко коллимированным микропучком, чтобы выяснить, какие белки взаимодействуют с HMGB1, и охарактеризовать их вторичные структуры.
Анализы показали, что HMGB1 может индуцировать высвобождение TNF-α в клетках AML, что запускает продукцию фактора стволовых клеток (SCF). "В нормальных условиях SCF необходим для деления стволовых клеток и дифференцировки лейкоцитов. Однако при ОМЛ SCF становится онкогенным, и раковые клетки побуждают здоровые клетки производить это для них," уточнил д-р. Сумбаев.
B23 продемонстрировал, что HMGB1 взаимодействует с иммунным рецептором, называемым Tim-3. Этот рецептор опосредует высвобождение хорошо известного фактора роста рака, называемого фактором роста эндотелия сосудов (VEGF), который играет ключевую роль в ангиогенезе.
"Наша работа демонстрирует дополнительную информацию о том, что белок HMGB1 можно рассматривать как возможную терапевтическую мишень для терапии против AML. И на самом деле это еще раз подтверждает эффективность нацеливания на иммунный рецептор Tim-3 для анти-AML терапии," заключил д-р. Сумбаев.
Доставки лекарств
Знания, полученные в результате проникновения в суть Tim-3 и HMGB1, были использованы для разработки нового подхода к доставке лекарств в параллельном исследовании на клетках AML.
Исследователи из тех же институтов во главе с доктором. Сумбаев, создал наночастицы золота 5 нм, которые функционализировали с помощью одноцепочечных антител против Tim-3. Предыдущие исследования, проведенные командой, продемонстрировали, что наночастицы были биосовместимы и проявляли противовоспалительные свойства.
Оставшиеся золотые поверхности не только содержали антитело Tim-3, но и были покрыты цитотоксическим препаратом под названием рапамицин. B23 использовался для характеристики наноматериалов и проверки их конформности. Доктор. Сумбаев пояснил: "Когда вы используете наноматериалы, важно видеть, что происходит с белком и реактивными компонентами, когда они прикрепляются к поверхности. Во-первых, вам нужно подтверждение, что они прикрепились к поверхности наноматериала, а во-вторых, вам нужно увидеть, как это изменяет активные молекулы."
Когда функционализированные наночастицы золота были добавлены к клеточным линиям AML или образцам AML, полученным от пациентов, лекарство стало интернализованным и успешно заблокировало путь трансляции выживания в клетках.
Несмотря на очевидный терапевтический потенциал, доктор. Сумбаев был скромен в своем анализе: "Эти наноматериалы могут быть более применимы для диагностики, а не лечения – может быть слишком сложно доставить наноматериалы в костный мозг. Наноматериалы могут быстро обнаруживать аномальные клетки, что действительно важно, поскольку этот тип рака распространен у детей и пожилых людей. Ранняя диагностика означает, что лечение можно начинать без промедления."
Вернуться к B23
Команда также обнаружила новый биомаркер на поверхности клеток AML, известный как латрофилин 1. Поскольку он не обнаруживается на поверхности здоровых клеток крови, он может быть очень надежным маркером для диагностики рака, и поэтому он был запатентован Кентским университетом.
Но путешествие HMGB1 на этом не заканчивается: "Мы собираемся открыть для себя механизмы регуляции путей, которые позволяют злокачественным клеткам избегать иммунной атаки. Мы также стремимся выяснить, являются ли эти пути специфическими только для лейкозных клеток или же они существуют нормально и просто захватываются раковыми клетками," объяснил доктор. Сумбаев.
Для этой предстоящей работы д-р. Сумбаев намерен вернуться в Diamond, и он уже подал совместные заявки на грант с командой B23.
Старший научный сотрудник группы исследователей мягких конденсированных сред Diamond, д-р. Рохана Хуссейн была в восторге от результатов: "Использование микроколлимированного луча B23 было необходимо из-за ограниченной доступности образцов для сбора структурной информации о взаимодействии между системой, что имело решающее значение не только для понимания того, как эти белки работают при AML, но и для разработки потенциальных диагностических средств. или терапевтические соединения."