Выявление предикторов эффективности иммунотерапии чекпоинт ингибиторами у пациентов на основе метаболического имиджинга иммунных клеток

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-74-10109

НазваниеВыявление предикторов эффективности иммунотерапии чекпоинт ингибиторами у пациентов на основе метаболического имиджинга иммунных клеток

Руководитель Южакова Диана Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации , Нижегородская обл

Конкурс №85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-205 - Клеточная биология, цитология, гистология

Ключевые слова Иммунотерапия чекпоинт ингибиторами, меланома, предиктивный биомаркер, автофлуоресценция, метаболический имиджинг, FLIM, иммунное микроокружение

Код ГРНТИ34.43.45

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основной проблемой в области иммунотерапии опухолей является отсутствие надежных биомаркеров, позволяющих заранее определять восприимчивость индивидуальных пациентов к лечению, а также недостаточные знания о механизмах резистентности. В качестве одной из наиболее вероятных причин резистентности к чекпойнт иммунотерапии является влияние опухолевого микроокружения на метаболический профиль Т-лимфоцитов. В частности, опухолевое окружение может мешать реализации метаболической программы эффекторных Т-клеток, конкурируя с ними за глюкозу, и, напротив, привлекать регуляторные и истощенные Т-лимфоциты избытком лактата и жирных кислот. Известно, что изменения в метаболических процессах предшествуют развитию всех последующих событий в иммунных клетках (изменение экспрессионного профиля, пролиферация и т.д.), поэтому метаболический статус иммунных клеток потенциально может служить таким предиктивным биомаркером. Целью проекта является выявление предикторов эффективности чекпоинт иммунотерапии у пациентов на основе анализа метаболического статуса выделенных иммунных клеток методом FLIM. Для оценки метаболического статуса выделенных иммунных клеток предлагается использовать флуоресцентную время-разрешенную микроскопию (FLIM), которая является высокочувствительным и безопасным методом регистрации автофлуоресценции метаболических кофакторов в живых клетках. Метод FLIM позволяет быстро получать результаты метаболической оценки и работать в режиме real-time, не требует дополнительных окрасок и вмешательства в физиологические процессы. В рамках проекта планируется 1) проведение исследований на модели мышиной меланомы, чтобы оценить возможности метаболического имиджинга как способа прогнозирования ответа на чекпоинт (анти-CTLA-4) терапию до начала и на ранних этапах лечения на основе анализа выделенных иммунных клеток in vitro, 2) верификация данных FLIM об изменениях метаболического статуса иммунных клеток методами иммунофлуоресцентного и молекулярно-генетического анализа и 3) валидация эффективности разработанного способа(ов) оценки восприимчивости иммунных клеток к чекпоинт терапии на материале от пациентов с меланомой. Биомаркеры на основе автофлуоресценции метаболических коферментов, анализируемые in vitro в выделенных иммунных клетках пациента, могут стать новым мощным предиктором раннего ответа опухоли на лечение, а оптический метод FLIM – инструментом прогнозирования эффективности иммунотерапии, позволяющим сохранить пространственную структуру образца и получать результаты о метаболическом статусе иммунных клеток в режиме реального времени. По результатам проекта будет предложен новый оригинальный способ предиктивной оценки чувствительности иммунных клеток пациентов с меланомой к иммунотерапии чекпойнт-ингибиторами, который в дальнейшем может стать платформой для индивидуализации иммунотерапии рака.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Южакова Д., Изосимова А., Сачкова Д., Ванцева О., Яшин К., Киселева Е., Золотова А., Можеров А., Ширманова М. A Personalized Approach to Evaluate the Effectiveness of Immunotherapy Using FLIM of NAD(P)H in T-cells Book of Abstracts "17th International conference on Laser Applications in Life Sciences", p. 47 (год публикации - 2023)

2. Южакова Д.В., Изосимова А.В., Сачкова Д.А., Ванцева О.А., Сажина М.М., Кондратьева А.Р., Можеров А.М., Яшин К.С., Ширманова М.В. Персонализированный подход к оценке эффективности иммунотерапии опухолей на основе метаболического имиджинга иммунных клеток Сборник тезисов "X Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов и молекулярных биологов", с.423-424 (год публикации - 2023)
0.25205/978-5-4437-1526-1-221

3. Южакова Д.В., Изосимова А.В., Сачкова Д.А., Ванцева О.А., Можеров А.М., Яшин К.С., Щеславский В.И., Ширманова М.В. Выявление маркеров эффективности иммунотерапии чекпоинт ингибиторами на основе метаболического имиджинга иммунных клеток Генетические технологии в трансляционной биомедицине: материалы II международной конференции, с. 55 (год публикации - 2023)

4. Изосимова А.В., Шабалкина А.В., Мышкин М.Ю., Шурганова Е.В., Мялик Д.С., Рыжиченко Е.О., Самитова А.Ф., Барсова Е.В., Шагина И.А., Британова О.В., Южакова Д.В., Шаронов Г.В. Local Enrichment with Convergence of Enriched T-Cell Clones Are Hallmarks of Effective Peptide Vaccination against B16 Melanoma Vaccines, 12, 345 (год публикации - 2024)
10.3390/vaccines12040345

5. Южакова Д.В., Изосимова А.В., Сачкова Д.С., Яшин К.С., Киселева Е.Б., Кондратьева А.Р., Можеров А.М., Щеславский В.И., Ширманова М.В. Разработка индивидуализированного подхода к прогнозированию эффективности иммунотерапии опухолей с помощью метаболичекого имиджинга Успехи молекулярной онкологии, Том 10. № 4. С.151 (год публикации - 2023)

6. Изосимова А.В., Сачкова Д.А., Ванцева О.А., Кондратьева А.Р., Сажина М.М., Яшин К.С., Можеров А.М., Щеславский В.И., Ширманова М.В., Южакова Д.В. Персонализированный подход к оценке эффективности иммунотерапии опухолей на основе технологии метаболического флуоресцентного времяразрешенного имиджинга Невская фотоника-2023, Всероссийская научная конференция с международным участием, сборник научных трудов (9-13 октября 2023 г.), с. 274 (год публикации - 2023)

7. Сажина М.М.,Ванцева О.А.,Шумская И.С.,Изосимова А.В., Южакова Д.В. Анализ автофлуоресцентного метаболического профиля лимфоцитов пациентов с меланомой как потенциального предиктора эффективности иммунотерапии чекпоинт ингибиторами Сборник тезисов X Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов с международным участием «ВолгаМед», с. 62-64 (год публикации - 2024)

8. Южакова Д.В., Сачкова Д.А., Изосимова А.В., Яшин К.С., Юсубалиева Г.М., Баклаушев В.П., Можеров А.М., Щеславский В.И., Ширманова М.В. Fluorescence Lifetime Imaging of NAD(P)H in Patients’ Lymphocytes: Evaluation of Efficacy of Immunotherapy Cells, 14(2), 97 (год публикации - 2025)
10.3390/ cells14020097

9. Южакова Д.В., Изосимова А.В., Сажина М.М., Сачкова Д.А., Шумская И.С., Можеров А.М., Щеславский В.И., Ширманова М.В. Исследование автофлуоресцентного метаболического профиля лимфоцитов методом FLIM при меланоме как потенциального предиктора эффективности иммунотерапии I региональное собрание РФО и Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы фотобиологии и биофотоники» Сборник тезисов., с. 234-235 (год публикации - 2024)

10. Сажина М.М., Изосимова А.В., Сачкова Д.А., Шумская И.С., Можеров А.М., Щеславский В.И., Ширманова М.В., Южакова Д.В. Особенности автофлуоресцентного профиля периферических лимфоцитов пациентов с меланомой по сравнению со здоровыми донорами Материалы "Всероссийская междисциплинарная научно-практическая конференция с международным участием «ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ»", с. 66 (год публикации - 2024)

11. Южакова Д.В., Изосимова А.В., Сажина М.М., Сачкова Д.А., Шумская И.С., Яшин К.С., Можеров А.М., Щеславский В.И., Ширманова М.В. Автофлуоресцентный метаболический профиль лимфоцитов как потенциальный предиктор эффективности иммунотерапии Материалы "Всероссийская междисциплинарная научно-практическая конференция с международным участием «ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ»", с. 77 (год публикации - 2024)

12. Кононова А.И., Изосимова А.В., Шумская И.С., Гамаюнов С.В., Южакова Д.В. Автофлуоресцентный метаболический профиль cd4+ и cd8+ т-лимфоцитов при меланоме как потенциальный маркер эффективности иммунотерапии на ранних этапах Биосистемы: организация, поведение, управление: Тезисы докладов 78-й Всероссийской с международным участием школы-конференции молодых ученых (Н. Новгород, 14–18 апреля 2025 г.)., с. 168 (год публикации - 2025)

13. Южакова Д.В., Изосимова А.В., Сачкова Д.С., Шумская И.С., Гамаюнов С.В., Яшин К.С., Юсубалиева Г.М., Баклаушев В.П., Можеров А.М., Елагин В.В., Дуденкова В.В., Щеславский В.И., Ширманова М.В. Персонализированный подход к прогнозу эффективности существующих и разработке новых иммунотерапевтических агентов на основе метаболического имиджинга биоматериала от пациентов Успехи молекулярной онкологии, 11(4): 137 (год публикации - 2025)

14. Южакова Д., Изосимова А., Сачкова Д., Яшин К., Шумская И., Киселева Е., Можеров А., Щеславский В., Ширманова М. Optical Bioimaging In Personalization of Cancer Treatment Book of Abstracts BRICS Workshop Biophotonics-2024, p. 20-21 (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Основной задачей второго года выполнения Проекта являлся выбор надежного алгоритма оценки восприимчивости иммунных клеток к иммунопрепарату, чтобы в дальнейшем апробировать его на материале от пациентов. В качестве подобного алгоритма рассматривались два варианта - на основе in vitro клеточной системы для прогнозирования ответа до начала лечения либо на основе проведения мониторинга состояния свежевыделенных иммунных клеток в процессе лечения. Оба способа разрабатывались с использованием мышиной модели меланомы. На предыдущем этапе Проекта был разработан способ оценки метаболического статуса культивируемых лимфоцитов мышей при in vitro воздействии на них анти-CTLA-4 антитела методом FLIM, и на текущем этапе проводилась верификация данных FLIM методом проточной цитометрии. Установлено, данные проточной цитометрии по изменению процента активированных CD25+ и CD69+ клеток в субпопуляциях эффекторных CD8+ и ThCD4+ Т-клетках при in vitro воздействии анти-CTLA-4 антителом на культивируемые лимфоциты подтверждают данные FLIM. Важно отметить, что данные FLIM позволяют выявить большинство метаболических “респондеров” и “нереспондеров” на более ранний срок 5 дней сокультивирования, тогда как данные по экспрессии активационных маркеров в Т-клетках позволяют определить ответ у большинства мышей лишь на 14 день сокультивирования. Также на текущем этапе работ проводился мониторинг метаболического статуса свежевыделенных лимфоцитов мышей в процессе лечения. Установлено, что животные-респондеры демонстрировали статистически значимое увеличение параметра НАД(Ф)Н α1, ассоциированное с процессами гликолиза, активации и синтеза цитокинов, включая интерферон-гамма, а также умеренное повышение времени жизни связанной с ферментами компоненты НАД(Ф)Н τ2, которое в данном случае в основном ассоциировано с нефосфорилированной формой НАДН в митохондриальных процессах. В то же время животные-нереспондеры демонстрировали отсутствие динамики в НАД(Ф)Н α1 и τ2 и более низкие терминальные значения, нежели у респондеров или в контроле. Таким образом, мониторинг оптического метаболического состояния свежевыделенных лимфоцитов на ранних этапах лечения с помощью FLIM способен разделять респондеров и нереспондеров на терапию, и данный подход для оценки чувствительности иммунных клеток к чекпоинт иммунотерапии может быть впоследствии апробирован на материале от пациентов. Касательно исследований с клиническим материалом, на втором году выполнения Проекта проводилось расширение библиотеки лимфоцитарных культур пациентов с меланомой, а также здоровых доноров, и подробный сравнительный анализ “базового” метаболического профиля лимфоцитов пациентов до начала лечения. Установлено, что профиль здоровых доноров включает относительно невысокие значения НАДН а1, указывающие на умеренные уровни гликолиза, и стабильно высокие уровни НАДФН а3 и НАД(Ф)Н τ2, что указывает на активную пролиферацию и синтетические процессы. Профиль относительно гомогенен в группе, и есть умеренная внутренняя гетерогенность. Профиль пациентов характеризуется более высокими значениями НАДН а1, что указывает на более интенсивный энергетический метаболизм, а также отличается существенно большей гетерогенностью в отношении связанного НАД(Ф)Н. Кроме того, проводился поиск возможных корреляций между “базовыми” параметрами автофлуоресценции лимфоцитов пациента и его последующим клиническим ответом на иммунотерапию. Обнаружено, что наиболее выраженную взаимосвязь с ответом на терапию проявил параметр НАД(Ф)Н α1. Установлено, что практически все образцы от пациентов, которые впоследствии продемонстрировали прогрессирование опухоли на фоне лечения, имели наименьшие из всех “базовые” значения НАД(Ф)Н α1. Кроме того, проводилась пилотная апробация подхода оценки чувствительности лимфоцитов к чекпоинт ингибиторам на основе in vitro клеточной системы на материале от пациентов с меланомой и также с другой агрессивной опухолью - глиомой головного мозга. Установлено, что параметр НАД(Ф)Н a1 способен выявить гетерогенный ответ пациент-специфических клеточных систем на действие различных чекпоинт ингибиторов, коррелирует с данными морфологического ответа, молекулярно-генетического анализа и активационного профиля по данным проточной цитометрии и, следовательно, может рассматриваться как потенциальный индикатор опухолевой реактивности Т-клеток, вызванной иммунотерапией. На основании полученных результатов участниками Проекта совместно с коллегами была опубликована статья журнале Cells, Q1, IF=6 [Yuzhakova DV, et al, 2025;14(2):97. doi: 10.3390/cells14020097].

Публикации