Рак, инфекционные болезни и аутоимунные заболевания по-прежнему поражают человечество по сей день.
Американские журналисты задались вопросом может ли 2018 год стать переломным моментом в истории болезней людей.
Представьте себе мир, в котором бы вакцины были безболезненными, могли бы применятся в комфорте домашних условий и смогли бы побороть инфекционные заболевания, такие как грипп или ВИЧ.
Помечтайте об иммунотерапии, которая бы могла быть специально предназначена для борьбы с раковыми клетками, аллергией и отторжения органов.
Секрет совершения этого научного прыжка может потенциально находится в инновационных биоматериалах. К примеру, професор Джонатан Бромберг в Университете Мэриленда, считает, что будущее за биоматериалами. Именно у них есть огромный потенциал, который станет революционным для вакцин и иммунотерапии.
Что такое биоматериалы?
Биоматериал представляет собой любой тип материала, натуральный или синтетический, который может быть использован в медицине для “поддержки, улучшения или замены поврежденной ткани или биологической функции”. Так считают в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии, Национального института здоровья (NIH) в США.
Что это значит?
Биометериалы могут заменять тазобедренные суставы, стать контактными линзами или использоваться в качестве стентов. Кроме того, они могут быть более мелкими, включая швы и растворимые повязки.
Что касается вакцин и иммунтерапии, то тут преимущество биоматериалов состоит в том, что они могут функционировать на микроскопическом уровне.
По мнению профессора Бромберга, биоматериалы могут включать наночастицы и микрочастицы, которые образуются из полимеров или липидов, которые могут быть транспортированы или конъюгированы в имунные клетки. Кроме того, есть также устройства именуемые микроиглами, которые нацелены на работу с имунными клетками кожи.
Впрочем, в то время, как биоматериалы прочно укоренились в некоторых областях современной медицины – например, в форме клапанов сердца и имплантатов – они являются относительно поздним “гостем” в области разработки вакцин и иммунотерапии.
Тем не менее, профессор указывает на их потенциал биоматериалов. Тут и лучший контроль над тем, как быстро появляется вакцина, защита от ферментативной деградации или экстремальных условий, таких как желудочная кислота, и способ манипулирования реакцией иммунной системы.
Борьба с инфекционными заболеваниями
Когда речь заходит о вакцинации, на ум приходят инфекционные заболевания. Большинство современных вакцин содержат два элемента: часть инфекционного микроорганизма или один из их антигенов, и адъювант, который является веществом, активирущим иммунную систему.
Наиболее часто используемым адъювантом в вакцинах является алюминий. Сами биоматериалы в ближайшем будущем могут сами стать адъювантами следующего поколения, а не быть просто “курьерами”. Оказалось, что они сами могут вызывать иммунные ответы.
Развитие множества биоматериалов делает их особенно привлекательным; форма, размер и химия каждого конкретного материала может быть использована для мельчайшей настройки желаемого иммунологического ответа.
“Теперь у нас есть возможность заставить оператора манипулировать иммунной системой на основе структуры, предоставляя дополнительный маршрут для разработки наиболее эффективного иммунного ответа”, – объясняет профессор Джуэлл.
Например, наночастицы и липиды, используемые для доставки вакцины от ВИЧ у мышей, показали улучшенные иммунные ответы.
“Еще одна многообещающая стратегия – это доставка компонентов вакцины помощью микроигл”, – говорит профессор.
Микроиглы можно использовать для проникновения в кожу и доставки вакцин. Они настолько малы и не проникают очень глубоко. Поэтому и не вызывают боли.
Использование растворяющейся микроиглы для доставки вакцины против вируса гриппа в первом исследовании у людей показало, что эта технология достигла сопоставимых результатов со стандартным уколом от гриппа, даже когда исследователи сами применяли безболезненный патч для микроиглы.
Професор Бромберг поясняет, что успехи на этом поприще могут трансформировать способ доставки вакцин, а также доступность эффективных рецептур в развивающихсся регионах. Не удивительно, что микроиглы также изучаются в качестве вакцин для ВИЧ.
Убийство раковых клеток
В терапии рака важно, чтобы лечение было целевым. Но это легче сказать, чем сделать. Непонятно, как вакцина выбирает путь через наши многочисленные органы и типы клеток, чтобы найти нужное место?
Биоматериалы могут помочь в нескольких аспектах.
Так, они могут быть оснащены сигналом самонаведения, таким как молекула, специфичная для раковых клеток. Это позволит биоматериалу состыковываться с клеткой, несущей согласованную молекулу – подобно замку и ключу, – и “доставить” химиотерапию, чтобы убить раковую клетку. Убивая только опухолевые клетки-мишени, побочные эффекты химиотерапии могут быть значительно уменьшены.
Биоматериалы также могут использовать собственную способность организма бороться с раковыми клетками. И, связывая биоматериалы с иммунными клетками – особенно с Т-клетками, которые распознают раковые клетки, – исследования показывают, что можно улучшить врожденный противоопухолевый ответ Т-клеток.
Между тем, микроиглы могут использоваться для доставки молекул в кожу, чтобы заполнить местную популяцию Т-клеток для борьбы со злокачественной меланомой, самой агрессивной формой рака кожи.
Как сказал профессор Бромберг: “Это совершенно новый способ мышления о том, как, где и когда нужно подавать иммунные сигналы и антигены, чтобы пациент получал гораздо более сильный иммунный ответ”.
“Это дает реальную возможность изменить парадигму в мышлении о вакцинах для лечения и профилактики инфекционных заболеваний, – добавляет професор, – а также для потенциальных вакцин против рака”.
Сохранение аутоиммунитета под контролем
Вакцины против инфекционных заболеваний и рака стремятся использовать провоспалительный иммунный ответ. Но с другой стороны, они могут вызвать обратные реакции, среди которых аллергия и отторжение трансплантата.
Здесь биоматериалы могут быть использованы для подавления или перенаправления того, как ведет себя иммунная система.
В экспериментальных моделях при лечении рассеянного склероза, биоматериалы использовались для доставки самоантигенов или антигенов, на которые обычно реагируют только люди с аутоиммунными состояниями, чтобы “сдвинуть” иммунный ответ от атак до толерантности. У мышей это привело к улучшению симптомов.
Для профессора Бромберга перспектива предотвращения отторжения трансплантата органов особенно интригует. Композиции с медленным высвобождением иммунодепрессантов, специально предназначенные для контроля уровней воспаления, возникающие после трансплантации органов, показали многообещающие результаты в моделях трансплантации мыши.