Wykorzystując danio pręgowanego „Avatars”, model zwierzęcy opracowany przez laboratorium Cancer Development and Innate Immune Evasion w Champalimaud Foundation (CF), kierowane przez Ritę Fior, Mayra Martínez-López – była doktorantka w laboratorium, obecnie pracująca na Universidad de las Américas w Quito w Ekwadorze – i współpracownicy badali początkowe etapy działania szczepionki Bacillus Calmette-Guérin (BCG) na komórki raka pęcherza moczowego. Ich wyniki, które zostały opublikowane dzisiaj (1 sierpnia 2024 r.) w czasopiśmie Modele i mechanizmy choróbpokazują, że makrofagi – pierwsza linia komórek układu odpornościowego aktywowana po zakażeniu – dosłownie nakłaniają komórki rakowe do popełnienia samobójstwa, a następnie szybko zjadają martwe komórki rakowe.

Pomysł stojący za awatarami danio pręgowanego (zAvatars), które są wciąż eksperymentalnym, ale bardzo obiecującym modelem, jest dość prosty: pobiera się komórki nowotworowe od pacjenta z rakiem i wstrzykuje się je do zarodków danio pręgowanego. Guzy będą następnie rosły wewnątrz zarodków, skutecznie zamieniając je w awatary tego konkretnego pacjenta z rakiem. Różne opcje leczenia dostępne dla tego pacjenta można następnie przetestować na zAvatars – i w ciągu kilku dni, a nie kilku tygodni, a nawet miesięcy, jak to ma miejsce w przypadku tradycyjnych testów na myszach, będzie można określić najlepsze leczenie dla tego pacjenta. Test został opracowany i zbadany na próbkach pochodzących od pacjentów z rakiem jelita grubego (

Fior miała nowy pomysł na zastosowanie modelu. „Kiedy dołączyłam do laboratorium Rity jako doktorantka” (w 2019 r.), wspomina Martínez-López, „rozmawialiśmy o kilku projektach, które mogłabym podjąć, a Rita wspomniała, że ​​szczepionka BCG jest stosowana u pacjentów z rakiem pęcherza moczowego”. Martínez-López pamiętała, jak otrzymywała szczepionkę BCG przeciwko gruźlicy, gdy była dzieckiem w Ameryce Południowej, a później pracowała nad tą chorobą. „Ale to był pierwszy raz, kiedy usłyszałam o szczepionce przeciwko gruźlicy jako leczeniu raka”, podkreśla. I to natychmiast przykuło jej uwagę.

(Hi)storia pomysłu

Szczepionkę BCG po raz pierwszy zastosowano przeciwko gruźlicy w latach 20. XX wieku, a następnie zaczęto ją stosować jako pierwszą immunoterapię przeciwnowotworową około 1976 roku. Jednak dziesiątki lat wcześniej, w latach 90. XIX wieku, William Coley, chirurg pracujący w New York Hospital (obecnie Weill Cornell Medical Center) przetestował mieszankę różnych bakterii, zwaną „toksyną Coleya”, jako immunoterapię przeciwnowotworową!

Coley zauważył, że kilku praktycznie beznadziejnych pacjentów onkologicznych w szpitalu przeszło w pozornie „cudowne” remisje choroby nowotworowej, gdy zarazili się bakteryjną infekcją po operacji usunięcia guzów (sterylne warunki do zabiegów chirurgicznych były wówczas dalekie od optymalnych). A jego pomysłem było to, że takie wyzdrowienia, dalekie od cudu, były w rzeczywistości spowodowane reakcją immunologiczną pacjentów na infekcję.

Coley zaczął próbować wywołać infekcje bakteryjne u wielu pacjentów z mięsakami i był w stanie odtworzyć kilka remisji raka. W tamtym czasie jego metoda była daleka od udowodnionej i bezpiecznej – a w międzyczasie opracowano inne metody leczenia, takie jak radioterapia – więc jego badania nie były kontynuowane. Jednak w ostatnich latach dziedzina immunoterapii zyskała ogromny rozpęd, wprowadzając nowe i bardziej naukowo solidne sposoby wzmacniania układu odpornościowego w walce z rakiem (

„Immunoterapię BCG nadal stosuje się raczej empirycznie” — mówi Martínez-López. „Jednakże, ponieważ działa u wielu osób, stała się złotym standardem leczenia. Co zaskakujące, jest to bardzo skuteczna immunoterapia, nawet w porównaniu z wieloma wymyślnymi immunoterapiami, które są opracowywane”.

Leczenie polega na podaniu szczepionki BCG bezpośrednio do pęcherza. Gdy leczenie działa, 15-letni wskaźnik przeżycia u pacjentów z tzw. rakiem pęcherza „nieinwazyjnym na mięśnie” (wczesne stadium) wynosi 60% do 70%. Jednak w 30% do 50% przypadków guzy pęcherza nie reagują na leczenie BCG. W takich przypadkach konieczne jest usunięcie całego pęcherza.

Makrofagi to mają

Aż dotąd nie było do końca jasne, w jaki sposób szczepionka BCG działa jako immunomodulator w leczeniu guzów pęcherza moczowego.

Pomysł zespołu polegał na tym, że zaangażowane były komórki odpornościowe, a w szczególności makrofagi rezydujące w pęcherzu. Udało im się ustalić, co dzieje się zaraz po wstrzyknięciu BCG do danio pręgowanego Avatars. Aby to zrobić, użyli tzw. mikroskopii arkusza świetlnego i obrazowania konfokalnego, co pozwoliło im zobaczyć interakcje makrofagów z komórkami nowotworowymi, w rozdzielczości pojedynczej komórki i w czasie rzeczywistym.

Barwne filmy, które udało się im uzyskać, przedstawiające proces wywoływany przez szczepionkę (w której makrofagi i komórki rakowe zostały oznakowane różnymi barwnikami fluorescencyjnymi), pokazały, że makrofagi są intensywnie rekrutowane do miejsca występowania guza po wstrzyknięciu BCG, bezpośrednio zabijając komórki ludzkiego raka pęcherza moczowego w procesie samobójstwa komórki (apoptozy) zależnym od substancji zwanej czynnikiem martwicy nowotworu (TNF) wydzielanej przez makrofagi, która działa jak silna cząsteczka sygnałowa układu odpornościowego.

Wykazali ponadto, że po wyczerpaniu makrofagów w komórce zAvatar, działanie przeciwnowotworowe szczepionki BCG zostało całkowicie zablokowane, co dowodzi, że makrofagi rzeczywiście odgrywają kluczową rolę w początkowej odpowiedzi przeciwnowotworowej.

„Mayra zauważyła”, mówi Rita Fior, „że jeśli wstrzykniesz BCG, liczba makrofagów wnikających do guza znacznie wzrasta”. A w obecności BCG komórki odpornościowe zmieniły kolor z czerwonego na żółty, co oznaczało, że wyrażały TNF.

„Nie tylko odkryliśmy mechanizmy zaangażowane w pierwsze etapy przeciwnowotworowego działania szczepionki, ale także wykazaliśmy, że model Avatar u danio pręgowanego jest potężnym narzędziem przedklinicznym w odkrywaniu leków onkologicznych” – podsumowuje Martínez-López.