Kadr z 21-godzinnego filmu przedstawiający ludzki guz pęcherza (czerwony) usuwany przez makrofagi danio pręgowanego (zielony). Źródło: Mayra Martinez-López
Awatary danio pręgowanego rzucają nowe światło na leczenie raka pęcherza moczowego, ujawniając, w jaki sposób makrofagi pobudzane przez szczepionkę BCG mogą niszczyć komórki nowotworowe. To innowacyjne podejście zapewnia szybszy sposób personalizacji terapii przeciwnowotworowych.
Wykorzystując „Awatary” danio pręgowanego – model zwierzęcy opracowany przez laboratorium ds. rozwoju nowotworów i wrodzonego uchylania się od odporności w Fundacji Champalimaud (CF), kierowane przez Ritę Fior, Mayrę Martínez-López – byłą doktorantkę w laboratorium, obecnie pracującą na Universidad de las Américas w Quito w Ekwadorze – wraz ze współpracownikami badaliśmy początkowe etapy działania szczepionki Bacillus Calmette-Guérin (BCG) na komórki raka pęcherza moczowego. Ich wyniki opublikowano dzisiaj (1 sierpnia 2024 r.) w czasopiśmie Modele i mechanizmy choróbpokazują, że makrofagi – pierwsza linia komórek odpornościowych aktywowana po infekcji – dosłownie nakłaniają komórki nowotworowe do samobójstwa, a następnie szybko zjadają martwe komórki nowotworowe.
Pomysł na awatary danio pręgowanego (zAvatary), które są wciąż modelem eksperymentalnym, ale bardzo obiecującym, jest dość prosty: pobrać komórki nowotworowe od pacjenta chorego na raka i wstrzyknąć je do zarodków danio pręgowanego. Guzy będą następnie rosły wewnątrz embrionów, skutecznie zamieniając je w awatary tego konkretnego pacjenta chorego na raka. Na urządzeniu zAvatar można następnie przetestować różne opcje leczenia dostępne dla danego pacjenta i w ciągu kilku dni, a nie kilku tygodni czy nawet miesięcy, jak to zwykle bywa w przypadku tradycyjnych testów na myszach, możliwe będzie określenie najlepszego leczenia tego pacjenta. Próba odbyła się rozwijał się i studiował z próbkami pobranymi od pacjentów chorych na raka jelita grubego.
Ludzki guz pęcherza moczowego (czerwony) otoczony makrofagami danio pręgowanego (zielony). Jądra komórkowe pojawiają się na niebiesko. Źródło: Mayra Martinez-López i wsp., Modele i mechanizmy chorób 2024
Historyczne spostrzeżenia na temat immunoterapii nowotworów
Fior miał nowy pomysł na zastosowanie modelu. „Kiedy dołączyłam do laboratorium Rity jako doktorantka” (w 2019 r.), wspomina Martínez-López, „dyskutowaliśmy o kilku projektach, których mogłabym się podjąć, i Rita wspomniała, że szczepionkę BCG stosuje się u pacjentów z rakiem pęcherza moczowego”. Martínez-López pamięta, że jako dziecko w Ameryce Południowej zażywała BCG przeciwko gruźlicy, a później pracowała nad tą chorobą. „Ale po raz pierwszy usłyszałam o szczepionce przeciw gruźlicy jako leku na raka” – zauważa. I to od razu przykuło jej uwagę.
Szczepionkę BCG po raz pierwszy zastosowano przeciwko gruźlicy w latach dwudziestych XX wieku, a następnie zaczęto ją stosować jako pierwszą immunoterapię nowotworów około 1976 roku. Jednak kilkadziesiąt lat wcześniej, w latach dziewięćdziesiątych XIX wieku, William Coley, chirurg pracujący w szpitalu w Nowym Jorku (obecnie Weill Cornell Medical Center) przetestował już mieszankę różnych bakterii, nazwanych „toksynami Coleya”, jako immunoterapię na raka!
Coley zauważył, że kilku praktycznie beznadziejnych pacjentów chorych na raka w szpitalu osiągnęło pozornie „cudowną” remisję nowotworu, gdy złapali infekcję bakteryjną po operacji usunięcia guza (sterylne warunki do zabiegów chirurgicznych były wówczas mniej niż optymalne). Jego pomysł był taki, że takie wyzdrowienia, dalekie od cudów, w rzeczywistości były spowodowane reakcją immunologiczną pacjentów na infekcję.
Ludzki guz pęcherza moczowego (czerwony) usuwany przez makrofagi danio pręgowanego (zielony). Źródło: Mayra Martinez-López
Coley rozpoczął próby wywołania infekcji bakteryjnych u wielu pacjentów z mięsakiem i udało mu się uzyskać kilka remisji raka. Jednak wówczas jego metoda nie była jeszcze sprawdzona i bezpieczna – a w międzyczasie opracowano inne metody leczenia, takie jak radioterapia – więc jego badania nie były kontynuowane. Jednak w ostatnich latach dziedzina immunoterapii nabrała ogromnego rozmachu, oferując nowe i solidniejsze naukowo sposoby wzmacniania układu odpornościowego w walce z rakiem (https://fchampalimaud.org/news/check-up-19-cancer-immunotherapy).
„Immunoterapia BCG jest nadal stosowana raczej empirycznie” – mówi Martínez-López. „Jednak ponieważ działa na wiele osób, stało się leczeniem złotym standardem. Co zaskakujące, jest to bardzo skuteczna immunoterapia, nawet w porównaniu z wieloma wymyślnymi immunoterapiami, które są opracowywane”.
Rola makrofagów w leczeniu raka
Leczenie polega na zaszczepieniu szczepionki BCG bezpośrednio do pęcherza moczowego. Jeśli leczenie okaże się skuteczne, 15-letnie przeżycie pacjentów z tak zwanym „nieinwazyjnym dla mięśni” (we wczesnym stadium) rakiem pęcherza moczowego wynosi 60–70%. Jednakże w 30–50% przypadków guzy pęcherza moczowego nie reagują na leczenie BCG. W takich przypadkach należy usunąć cały pęcherz.
Do tej pory nie było w pełni znane działanie szczepionki BCG jako immunomodulatora w usuwaniu guzów pęcherza moczowego.
Mikroskopowe spojrzenie na odpowiedź immunologiczną
Pomysł zespołu polegał na zaangażowaniu komórek odpornościowych, w szczególności makrofagów znajdujących się w pęcherzu. Udało im się także ustalić, co dzieje się zaraz po wstrzyknięciu BCG awatarom danio pręgowanego. W tym celu wykorzystali tak zwaną mikroskopię arkusza świetlnego i obrazowanie konfokalne, co pozwoliło im zobaczyć makrofagi oddziałujące z komórkami nowotworowymi z rozdzielczością pojedynczych komórek i w czasie rzeczywistym.
Uzyskane przez nich kolorowe filmy przedstawiające proces wywołany szczepionką (w którym makrofagi i komórki nowotworowe znakowano różnymi barwnikami fluorescencyjnymi) pokazały, że makrofagi są w dużym stopniu rekrutowane do miejsca nowotworu po wstrzyknięciu BCG, bezpośrednio zabijając ludzkie komórki raka pęcherza moczowego w procesie samobójstwa komórek (apoptozy) zależnego od substancji zwanej czynnikiem martwicy nowotworu (TNF), wydzielanej przez makrofagi, która działa jako silna cząsteczka sygnałowa układu odpornościowego.
Wykazali ponadto, że gdy w szczepionce zAvatar wyczerpano liczbę makrofagów, działanie przeciwnowotworowe szczepionki BCG zostało całkowicie zablokowane, co pokazało, że makrofagi rzeczywiście odgrywają kluczową rolę w początkowej odpowiedzi przeciwnowotworowej.
„Mayra zaobserwowała” – mówi Rita Fior – „że po wstrzyknięciu BCG następuje znaczny wzrost liczby makrofagów przedostających się do guza”. W obecności BCG komórki odpornościowe zmieniły kolor z czerwonego na żółty, co oznaczało, że wyrażały TNF.
„Nie tylko odkryliśmy mechanizmy związane z pierwszymi etapami przeciwnowotworowego działania szczepionki, ale także wykazaliśmy, że model Avatar danio pręgowanego jest potężnym narzędziem przedklinicznym do odkrywania leków w onkologii” – podsumowuje Martínez-López.
Odniesienie: „Makrofagi bezpośrednio zabijają komórki raka pęcherza moczowego poprzez sygnalizację TNF we wczesnej odpowiedzi na terapię BCG” 8 sierpnia 2024 r., Modele i mechanizmy chorób.
DOI: 10.1242/dmm.050693
