Scienty

Фото: img.freepik.com

Оценивать эффективность CAR—T—терапии острого лимфобластного лейкоза с помощью биолюминесценции от новой разновидности люциферазы предложили ученые из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН и Новосибирского государственного университета. С помощью белка-люциферазы, взятого у морских креветок, исследователи «подсвечивают» раковые клетки, благодаря чему те легко обнаруживаются с помощью специального прибора. Подробнее о технологии корреспонденту «Научной России» рассказал один из авторов исследования, исполняющий обязанности заведующего лабораторией биосенсорных технологий НГУ, кандидат биологических наук Сергей Викторович Кулемзин.

При CAR—T—терапии у человека забирают часть T—лимфоцитов, после чего в них с помощью псевдовирусных частиц встраиваются гены, запускающие в иммунных клетках процесс производства белка-рецептора CAR. Он помогает T—лимфоцитам распознавать патогенные клетки по специфическому сигналу-маркеру на их поверхности.

Лучше всего CAR—T—терапия помогает бороться с онкогематологическими заболеваниями — опухолями В-клеточного происхождения (лейкозами и лимфомами). Но технологии терапии этого заболевания сложно испытывать на лабораторных животных. Объясняется это тем, что рост солидных (плотных) опухолей (во время экспериментов внедряемых мышам подкожно), можно легко измерить штангенциркулем. Но при гемобластозах болезнетворные клетки распространяются по организму, и оценить их количество при жизни животных оказывается затруднительно.

Для решения данной проблемы исследователи предлагают использовать в экспериментах клетки острого лимфобластного лейкоза человека, предварительно измененные с помощью белка-люциферазы, выделенного из морских креветок NanoLuc. Для того чтобы раковые клетки, отмеченные специальным методом, стали видимыми, животным вводят особый препарат.

«Люцифераза, применяемая нами, широко используется и другими исследователями, однако для ученых она относительно нова. В качестве стандартного индикатора в доклинических исследованиях клеточной терапии она используется крайне редко, — отметил С.В. Кулемзин. — Мы остановились на этом ферменте, учитывая множество факторов. Сейчас в ряде исследований используется люцифераза светлячка, однако она демонстрирует меньшую интенсивность свечения и предполагает более трудоемкую процедуру добавления субстрата. Поэтому мы решили использовать люциферазу NanoLuc для того, чтобы достичь максимальной яркости и наибольшего удобства при проведении экспериментов».

Для определения количества опухолевых клеток, экспрессирующих люциферазу, исследователи применяют специальное оборудование IVISSpectrum. Благодаря этой технологии одновременно производится рентгеновская визуализация и определяется количество фотонов, излучаемых различными участками организма. Именно измерение количества фотонов позволяет создавать карты свечения, что дает возможность визуализировать расположение опухолевых клеток. Полученные данные оформляются в виде таблиц и графиков, демонстрирующих динамику изменения количества патологических клеток при различных воздействиях.

Белок NanoLuc светится почти в десять раз ярче похожих веществ. В результате для аппарата уже заметны даже десять раковых клеток. Сотня клеток испускает отчетливый сигнал, и ее местоположение распознается хорошо. А если число клеток достигнет 10 тыс., их свечение будет столь ярким, что превысит чувствительность прибора, — но это не будет препятствовать экспериментам.

«Высокая яркость люциферазы является значительным преимуществом, однако на некоторых устройствах она может приводить к засветке. Это происходит, когда фиксируемый сигнал превышает линейный диапазон детекции, — объяснил С.В. Кулемзин. — К счастью, такое превышение наблюдается лишь при высокой концентрации опухоли. В ходе исследований нам чаще требуется оценивать минимальное количество опухолевых клеток, что предполагает иной подход к решению задачи. Нам необходимо не определять разницу между большим и очень большим количеством раковых клеток, а установить, присутствуют ли они в незначительном количестве или в единичном. Благодаря этой люциферазе мы можем обнаруживать раковые клетки в буквально единичных экземплярах».

Замечено, что другие люциферазы, являющиеся белками, преимущественно нуждаются в молекулах АТФ, которые обеспечивают энергией клетки. В опухолевых образованиях условия неблагоприятны, и АТФ быстро расходуется, что приводит к ослаблению свечения этих соединений. Однако NanoLuc сохраняет свойства даже в такой среде.

Ученые предлагают разработать оценочную шкалу, основанную на данной технологии, для качественного сравнения влияния различных методов терапии на клетки раковых опухолей. Для этого потребуется оценить световой сигнал, генерируемый разными линиями измененных опухолевых клеток — сначала в лабораторных условиях, а затем в живых организмах.

«Прежде чем мы сможем измерить количество фотонов, испускаемых каждой модифицированной люциферазой опухолевой клеткой за единицу времени, необходимо провести исследования на модельных животных», – отметил С.В. Кулемзин. — Определив с помощью специального прибора количество фотонов, излучаемых клетками в организме мыши, можно отнормировать полученные данные. Это позволит установить, сколько опухолевых клеток в конкретный момент времени присутствует в модельном животном и определить их местоположение».

Подробнее об исследовании ученые рассказали в статье в журнале «Гематотология и трансфузиология».

«Некоторые компоненты, необходимые для люциферазы, поставляются из других стран, в то время как другие уже производятся в России. Приобретение реактивов за границей может оказаться несколько затруднительным, — отметил С.В. Кулемзин. — Я надеюсь, что отечественные химики также начнут выпускать субстрат, оптимальный для люциферазы, которую мы используем. Это сделает наши исследования более экономичными и доступными».

ИМКБ СО РАН и НГУ являются частью междисциплинарной группы новосибирских научных учреждений, которые интенсивно развивают исследования в области CAR-T-терапии. В проекте задействованы НИИ клинической и экспериментальной лимфологии и НИИ фундаментальной и клинической иммунологии. Исследования проводятся при условии активной и значительной поддержки: по государственному заданию ФНИ FWNR-2025-0014, в рамках реализации программы «Приоритет-2030», и Научного центре «Высокотехнологичная биоэкономика». Запланировано, что ученые разработают новые методы для повышения CAR—T—терапии и моделированию развития онкозаболеваний.

«Настоящее исследование было выполнено для одной из моделей онкогематологических заболеваний. Однако существуют и другие формы рака, и мы планируем применить ту же методологию для создания моделей на животных и для изучения других онкологических заболеваний», — поделился С.В. Кулемзин.

Новость создана при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации

Фотографии на предварительном просмотре и на странице: Сергей Кулемзин, Татьяна Беловежец / НГУ