Синергия клеточной терапии, наномедицины и малоинвазивных хирургических подходов к локальной адресации для направленной терапии метастазирующего рака почек

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 23-75-10070

НазваниеСинергия клеточной терапии, наномедицины и малоинвазивных хирургических подходов к локальной адресации для направленной терапии метастазирующего рака почек

Руководитель Синдеева Ольга Александровна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» , г Москва

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 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-101 - Экспериментальная медицина

Ключевые слова клеточная терапия, макрофаги, наномедицина, онкотерапия, эндоваскулярные и эндоскопические методы доставки, ренальная аденокарцинома, метастазы в лёгких, биосовместимые биоматериалы, снижение побочных эффектов, локальная терапия.

Код ГРНТИ76.03.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одним из наиболее опасных и коварных видов онкологических заболеваний сегодня по праву считается рак почек. Несмотря на то, что число случаев этого заболевания колеблется от 2 до 4% среди всех видов рака, оно характеризуется высокой степенью метастазирования и сложностью диагностики. До сих пор, ведущим способом лечения остается тотальная нефроэктомия, которая тем не менее не гарантирует выздоровления и в 20-30% случаев приводит к летальному исходу. Медикаментозное лечение обладает низкой эффективностью из-за высокой резистентности солидной опухоли к системной терапии и низкой степени проникновения терапевтических агентов внутрь неё в свободном виде. Кроме того, снижение скорости клубочковой фильтрации влечёт за собой значительные изменения в фармакокинетике и фармакодинамике многих лекарственных препаратов. В результате возрастает общая токсичность на организм. Высокая системная токсичность противоопухолевых препаратов приводит к нарушению работы органов пациента, это зачастую требует полного прекращения терапии. Сегодня клеточная терапия предлагает многообещающий подход к персонализированной медицине солидных опухолей. Он основан на получении, модификации и последующей трансплантации собственных клеток пациента, способных к миграции и проникновению в опухолевую ткань (стволовых клеток и макрофагов). Идея предполагает использование собственных клеток организма в качестве “троянского коня” для доставки контейнеров с противораковыми препаратами внутрь опухоли. А также использование «обученных» на уничтожение опухоли подвижных клеток. В этой ситуации макрофаги, из-за короткого времени жизни, представляются более перспективными кандидатами, так как существуют данные о способности перерождения аутотрансплантированных стволовых клеток в раковые. Однако, клинические данные по внутривенной аутотрансплантации макрофагов пациентам с раком почек показали преимущественное накопление макрофагов в легких и печени, в то время как накопление в опухоли было весьма спорным. Такая динамика биораспределения является типичной для объектов микронного размера, введенных внутривенно, в связи с первичным механическим застреванием в малом круге кровообращения (в лёгких), и последующим системным их рассеиванием по организму, сопровождающимся постепенным накоплением объектов в печени. Решением проблемы системного рассеивания аутотрансплантированных клеток может стать применение хорошо развитых в клинике малоинвазивных методик локального введения (эндоваскулярная хирургия и ингаляция/интубация). Эндоваскулярные методики используют артериальное русло в качестве канала для проталкивания катетера через небольшой разрез крупной артерии. Они могут позволить подвести катетер непосредственно в почечную артерию и ввести клетки локально, в сосуды, питающие почку и опухоль. В таком случае, трансплантированные клетки оказываются в непосредственной близости от опухоли, что существенно сокращает время и путь миграции. Ингаляция и интубация позволяет получить доступ к дыхательным путям для более локальной доставки в метастазы. Данный мультидисциплинарный проект направлен на разработку нового принципа в “щадящей” персонализированной терапии рака почек, сочетающих в себе использование, хорошо зарекомендовавших себя систем пролонгированной доставки препаратов, клеточной терапии и возможностей современных эндоваскулярных методов для их локальной адресации в первичную опухолевую ткань. Сочетание методик, может позволит нивелировать недостатки каждой методики в отдельности и взаимно усилить терапевтический эффект. Проект также предполагает разработку новой терапевтической стратегии для нацеленной терапии метастазов ренальной карциномы в лёгких, сочетающей в себе аутотрансплантацию «обученных» или загруженных контейнерами с лекарством макрофагов путем их внутривенной и внутрилегочной доставки.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гуслякова О. И. , Прихожденко Е. С., Пластун В. О., Майорова О. А., Шушунова Н. А., Куликов О.А., Абдурашитов А. С., Горин Д. А., Сухоруков Г. Б., Синдеева О. А. Применение современных методов биофотоники для определения режима дозирования на примере эндоваскулярного введения полимерных микрокапсул при адресной доставке Оптика и спектроскопия, 132(3), 273-285. (год публикации - 2024)
10.61011/OS.2024.03.58147.31-24

2. Синдеева О. А., Терентьева Д. А., Савельева М. С., Гуслякова О. И., Прихожденко Е. С., Куликов О. А., Горин Д. А., Майорова О. А. Targeted treatment of kidney using Intravenous and intraarterial delivery of whey protein isolate-based microgels Optical Materials, 157, 116043 (год публикации - 2024)
10.1016/j.optmat.2024.116043

3. Синдеева О.А., Гуслякова О.И., Прихожденко Е.С., Шушунова Н.А., Сухоруков Г.Б. Mouse renal artery catheterization for local delivery of drugs in capsulated or free forms Bio-protocol, 14(18), e5070. (год публикации - 2024)
10.21769/BioProtoc.5070

4. Синдеева О.А., Козырева Ж.В., Абдурашитов А.А., Сухоруков Г.Б. Engineering colloidal systems for cell manipulation, delivery, and tracking Advances in Colloid and Interface Science, 103462 (год публикации - 2025)
10.1016/j.cis.2025.103462

5. Майорова О.А., Савельева М.С., Терентьева Д.А., Гуслякова О.И., Синдеева О.А. Protocol of whey protein isolate-based microgels targeted delivery in mouse kidney Bio-protocol (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Во время второго этапа реализации проекта была разработана оптимизированная 3D-модель опухолевой ткани (тумороид) из клеток Renca с добавлением 20% мышиных мезенхимальных стволовых клеток (mMSC), что позволило преодолеть низкую межклеточную адгезию, обеспечив плотную ткане-подобную структуру правильной формы. Конфокальная микроскопия показала, что перитонеальные макрофаги, как загруженные, так и незагруженные фотосенсибилизирующими микрокапсулами, активно мигрируют внутрь тумороидов. Однако облучение не привело к выраженному цитотоксическому эффекту от фотодинамического воздействия ни в 3D-, ни в 2D-культуре, что указывает на необходимость повышения локального накопления фотосенсибилизатора или пересмотра подхода к терапии. Проведена оценка эффективности выработки активных форм кислорода (АФК) макрофагами Raw 264.7, связанной с их поляризацией в M1-фенотип, под действием LPS, IL-2, IFN-α, IFN-γ, их сочетаний с LPS, а также агониста STING (Ag. STING). Максимальное образование АФК отмечалось через 24 часа, а к 48 часам оно сохранялось лишь при высоких концентрациях стимулов. Наибольшую эффективность показали комбинации IFN-α+LPS, IFN-γ+LPS и IL-2; наименьшую — Ag. STING. Поляризация в М1-фенотип подтверждена окрашиванием антителами специфичными к CD80 (М1 поляризация) и CD163 (М2 поляризация): доля CD80⁺ клеток достигала ~100% при IFN-α+LPS и IFN-γ+LPS, тогда как при Ag. STING — около 60%. Контрольная поляризация в М2 под действием IL-4 и IL-10 показала >80% CD163⁺ клеток. Флуоресцентная микроскопия продемонстрировала, что наибольшее подавление роста опухолевых клеток наблюдалось при предварительной активации макрофагов смесью IFN-α+LPS в течение 48 часов. Эти данные указывают на перспективность подхода к программированию макрофагов для обеспечения направленной терапии рака почек. В рамках реализации проекта также проведена оценка влияния количества вводимых перитонеальных макрофагов на кровоток почки-мишени. Была протестирована максимально возможная доза — 5×10⁵ клеток перитонеальных макрофагов, полученных из брюшной полости мышей. С использованием лазерной спекл-визуализации показано, что артериальное введение макрофагов, вне зависимости от их активации (M0/M1) и наличия микрокапсул, вызывало лишь кратковременное и незначительное снижение кровотока, полностью восстановленное через 24 часа. Морфологических изменений в ткани через 5 дней после введения не наблюдалось, что подтверждает безопасность артериальной доставки перитонеальных макрофагов в данной дозировке. В ходе работы отработана и описана эффективная воспроизводимая модель солидной опухоли почки путем ортотопической субкапсулярной имплантации 2,5×10⁵ клеток Renca. Уже на 5 сутки опухоль становилась визуально различимой, демонстрируя быстрый рост и гетерогенность массы к 9 дню. Для изучения васкуляризации применялись следующие методы визуализации: 1. Допплеровское УЗИ позволило идентифицировать крупные артерии и вены почек, но оказалось недостаточно чувствительным для оценки микрососудистого русла опухоли. 2. Лазерная спекл-визуализация выявила отличия кровотока между здоровой тканью почки и опухолью, однако значимых изменений в кровоснабжении опухоли на 5, 7 и 9 сутки не зафиксировано. 3. Оптическая когерентная микроангеография (ОКМА) позволила количественно оценить плотность и морфологию сосудов на поверхности почки. Было показано, что с прогрессированием опухоли сосудистая сеть становилась менее упорядоченной, снижалась ее плотность и средний диаметр сосудов. 4. Растровая оптоакустическая мезоскопия (RSOM) выявила усиление микроциркуляции на 5–7 сутки после имплантации опухоли, что указывает на раннюю активацию ангиогенеза. В совокупности данные показали значительные изменения характера кровоснабжения опухоли на разных этапах канцерогенеза. Гистологический анализ подтвердил инвазивный рост опухоли к 9 дню. Таким образом можно сделать вывод, что артериальная доставка носителей через ренальную артерию может быть эффективна уже через 5 дней после вкола клеток карциномы почки, однако явные признаки злокачественного процесса наступают только к 9 дню, когда размер опухоли составляет порядка 10-50% массы почки. Дополнительно смоделировано гематогенное метастазирование путём внутривенного введения клеток Renca (0,5–1,5×10⁶). Отмечена выраженная дозозависимость: метастазы в легких выявлялись при дозе ≥1×10⁶, причём при 1,5×10⁶ клеток фиксировались наибольшие размеры метастатических узлов и признаки воспалительной инфильтрации. Вторая модель метастазирования включала ортотопическую имплантацию опухоли с последующей нефрэктомией (7 или 14 день). Установлено, что ранняя нефрэктомия ассоциирована с более высокой общей частотой метастазов, но при этом с меньшей частотой легочных метастазов по сравнению с более поздним удалением почки. Гистология подтвердила наличие опухолевых очагов в легких, брыжейке, поджелудочной железе и в зоне операции. Таким образом, разработаны и охарактеризованы две валидные in vivo модели метастазирования почечно-клеточной карциномы, что закладывает основу для последующего тестирования терапевтических подходов. Введение собственных перитонеальных макрофагов через ренальную артерию сопровождалось временным накоплением флуоресцентного сигнала в ткани почки, свидетельствующим о локальной доставке клеток, однако уже через 24 часа количество макрофагов значительно снижалось. Конфокальная микроскопия выявила единичные клетки в паренхиме и опухоли. Интратуморальное введение обеспечивало более стабильную локализацию макрофагов в течение суток, однако сигнал от капсул с красителем сохранялся лишь в течение первых 15 минут. Ограниченное количество перитонеальных макрофагов (5×10⁵ клеток) снижает потенциал метода. Тем не менее, программирование макрофагов и использование фотодинамического подхода подтвердили эффективность, что делает комбинированную стратегию с артериальной доставкой капсулированных агентов и активацией резидентных макрофагов более перспективным направлением терапии и логичным путем дальнейшей реализации проекта.

Публикации