Говорити про вакцину від раку в тому ж сенсі, в якому ми розуміємо вакцинацію від інфекційних захворювань, не цілком коректно. Від грипу або віспи вакцинуються, щоб не захворіти, ще до зустрічі з інфекційним агентом. Однак неможливо вакцинуватися від пухлини, яка ще не виникла. Особливий випадок - вакцина від папілломавірусу, який може служити причиною раку шийки матки. Але це, по суті, класична вакцинація проти інфекції, оскільки доведено, що цей вид раку викликається саме вірусом. А як бути з іншими видами раку? Чи можна викликати в організмі імунну реакцію на пухлину і тим самим сприяти одужанню?
У чому полягає основна складність цього підходу, ще в 1929 році образно пояснив американський онколог Вольфганг Воглом: «Викликати імунну відповідь проти раку буде так само важко, як спробувати відторгнути праве вухо, залишивши недоторканим ліве». Злоякісна клітина виникла з клітини нормальної, вона була і залишається рідною для організму - а значить, і для імунної системи.
Проте є аргументи на користь того, що імунна система здатна боротися з пухлинами. З тих пір, як медицина стала добре документованою, тобто з другої половини ХХ століття, ми точно дізналися, що деякі пухлини можуть спонтанно регресувати. Це трапляється рідко - для кожного типу пухлини своя частота, але в будь-якому випадку це відсотки, - проте трапляється. Пояснити подібні факти може теорія імунного нагляду. Клітини людського організму постійно діляться, щодня і щогодини виникає безліч нових клітин. Частина їх залишається незатребуваними і гине через непотрібність - наприклад, 99% клітин тієї ж імунної системи, частина відмирає, заміщаючись новими: так, за своє життя людина змінює десятки кілограмів шкіри. Зрозуміло, що в цих клітинах випадковим чином можуть відбуватися мутації. У прокаріотів ймовірність мутації дорівнює 10-8, у еукаріотів частота мутацій, за оцінками, на два-три порядки менше. Оскільки в нашому організмі щодня з'являються десятки мільйонів нових клітин, це означає, що кожен день можуть з'являтися клітини, в яких відбулися мутації. Деякі з них залишаються непомітними, інші так чи інакше проявляються. Але навіть значуща мутація може призвести до загибелі клітини, не завдаючи шкоди організму в цілому. Однак є й такі мутації, які блокують важливі функції, наприклад запрограмовану загибель клітини - апоптоз. Якщо ця функція порушена, то клітина стає безсмертною. Може статися мутація в системі, яка регулює клітинний цикл, - клітини почнуть ділитися з божевільною швидкістю. Якби подібні мутації залишалися і накопичувалися в організмі, нікому з нас не вдавалося б дожити до старості. Тому імунна система дивиться за тим, щоб клітина, яка виникла в результаті поділу, залишалася своєю, рідною, щоб у неї не проявилися риси злоякісної трансформації.
Говорячи спрощено, імунна система перевіряє клітину за двома параметрами: по-перше, переконується, що вона не чужа, по-друге, що вона своя. (Є й інші рівні перевірки, але це - два основних.) Клітина буде знищена тільки в тому випадку, якщо вона містить «чужі» молекули і при цьому не має певних міток, характерних для своїх клітин. При недотриманні хоча б однієї з цих умов - присутність чужого і відсутність свого - клітина не буде знищена. Такий подвійний контроль необхідний, щоб уникнути автоімунних реакцій. Але якщо пухлинна клітина зберігає «свій» сигнал, це може вивести її з-під удару.
У цьому і полягає теорія імунного нагляду: імунна система постійно дивиться за клітинами, які зазнали мутації, і видаляє небезпечні, якщо зуміє їх помітити. Звідси зрозуміло, чому деякі пухлини можуть регресувати спонтанно: їм не вдається ввести в оману імунну систему. Зрозуміло і те, чому не у всіх виявляється злоякісна трансформація. Добре відомо, що ймовірність розвитку раку підвищується з віком, і з віком ж слабшає активність імунної системи. Чи можливо її активність підвищити, щоб і в старості вона працювала так само ефективно, як у молодості?
Якщо розглянути роботу імунної системи на клітинному рівні, з'ясовується цікавий факт: навіть коли у людини є пухлина, у неї можна виявити клітини імунної системи, які в принципі повинні її розпізнавати і знищувати - однак чомусь цього не роблять. Імунна система була задіяна, але процес не пішов до кінця. Що потрібно робити, щоб завершити його? На які точки впливати, щоб направити імунну систему на боротьбу з пухлиною?
При такому підході природно виникає ідея вакцини. Зрозуміло, що починати треба з діагностики раку, як можна більш ранньої. Користь діагностики очевидна, США за 10-15 років у три-чотири рази знизили смертність від раку молочної залози завдяки поголовному профілактичному обстеженню жінок після певного віку. Але у випадку з вакциною діє ще один фактор: чим менша пухлинна маса, тим простіше боротися з хворобою. Якщо у пацієнта обширна метастатичним пухлина, безглуздо чекати, що імунна система зуміє знищити її цілком. Все-таки вона виникла не для того, щоб знищити сотні грамів живої маси, а щоб протистояти незначному числі бактеріальних клітин або вірусів. Тому вакцинація доречна або на дуже ранній стадії, або коли основна маса пухлини видалена хірургічними, хімічними або іншими методами. А от проти найстрашнішого - виникнення вторинних проявів, метастазів - імунна система, мабуть, здатна боротися, і в цьому випадку можна говорити про профілактичні вакцини.
Що може являти собою така вакцина? Пухлини досить різноманітні, але у них є і багато спільних, схожих рис, як внутрішніх (пов'язаних з необмеженим клітинним поділом, відсутністю апоптозу), так і зовнішніх. Існують специфічні пухлинні антигени (нагадаємо, що антигенами називаються молекули, які розпізнаються імунною системою), і багато які з них - загальні для різних пухлин. Приблизно 50% пухлин має більш-менш однаковий антигенний портрет: за одним, більш поширеним антигенів - 90%, за іншим 20, але в середньому - 50%.
Звідси випливає, що можна спробувати створити універсальну протипухлинну вакцину. З іншого боку, індивідуальний підхід повинен бути більш ефективним. Кожен пацієнт унікальний, для кожного організму характерні свої особливості метаболізму і генетики - трансформовані клітини також різняться між собою, наслідуючи ці специфічні риси.
Зрозуміло, що собівартість індивідуальних вакцин, заново створюваних для кожного пацієнта, буде дуже високою, і в реальності доведеться шукати якийсь компроміс. Але зараз більшість розроблювальних протипухлинних вакцин (якщо не вважати вже згадану вакцину проти папіломавірусу) пацієнт-специфічні.
Отже, нам потрібно активізувати імунну систему, щоб пухлинні клітини не тільки розпізнавалися як чужі, але і не були визнані своїми - тільки тоді вони будуть убиті. Звідси кілька рівнів, на яких працюють над вакциною. Рівень перший: не виключено, що імунна система з якоїсь причини не вважає пухлинний антиген «чужим». Як домогтися, щоб він розпізнавався?
Зараз відомо більше півтора сотень специфічних пухлинних антигенів. Якщо ми знаємо, що пухлина пацієнта має якийсь антиген, то можемо його синтезувати (зазвичай йдеться про фрагмент білка розміром в десяток амінокислот) і зробити пацієнтові укол - спробувати створити імунну відповідь на цей антиген . Подібні вакцини почали застосовуватися в другій половині - наприкінці ХХ століття, але результат був незадовільним, незважаючи на те що на мишах це працювало чудово. Взагалі, хоча досліди на тваринах - необхідний етап, слід пам'ятати, що з кількох сотень протипухлинних ліків, успішно випробуваних на мишах, лише одиниці дають терапевтичний ефект у людей.
Тим не менше прогрес був: у пацієнтів після імунізації стали виявлятися клітини імунної системи - цитотоксичні Т-лімфоцити, які повинні були б вбивати пухлинні клітини, але чомусь не вбивали. Швидше за все, саме тому, що пухлинні клітини продовжували бути для імунної системи «своїми», їх знищення заборонялося. Як обійти цю заборону?
Увагу дослідників привернули дендритні клітини - особливі клітини імунної системи. За своєю біологічною функції це антиген-презентуючі клітини. Дендритні клітини повзають по організму, переважно там, де проходить кордон із зовнішнім середовищем: у підшкірному шарі, епітелії кишечнику. Якщо чужорідний агент порушує цю межу і проникає в організм, дендритні клітини починають активно його пожирати. Але вони не просто харчуються: вони ділять чужорідні білки на фрагментики-пептиди і потім представляють їх на своїй поверхні в комплексі з молекулою головного комплексу гістосумісності.
Що відбувається далі, коли дендритна клітина «прикрашена» антигенами? До неї підходить так званий наївний Т-лімфоцит, який ніколи раніше не мав контакту з антигеном. І тепер він вперше натикається на антигени, що стирчать на поверхні дендритної клітини. Можливо, при цьому його рецептор випадково співпаде з антигеном. Але цього мало, якщо згадати про багаторівневу систему захисту. Антиген може виявитися і «своїм», рідним для організму - дендритна клітина у харчуванні нерозбірлива. Однак якщо антиген чужий, зовнішній по відношенню до організму - наприклад, полісахариди зі стінки бактеріальної клітини, або вірусна РНК, або білок, але нехарактерний для вищих організмів, такий, як флагелін, що міститься в джгутиках найпростіших, - дендритна клітина не залишається байдужою до цього. Вона в буквальному сенсі ощетинюється - її поверхня покривається костимуляторними молекулами, які додатково взаємодіють з рецепторами Т-лімфоцита. Крім того, вона починає секретувати цитокіни - гормони імунної системи.
Отже, коли рецептор Т-лімфоцита підійшов до антигену, як ключ до замка, але дендритна клітина не наїжилася і не викинула цитокіни, вони спокійно розходяться, Т-лімфоцит не збуджується до активності і мирно закінчує своє життя: імунна відповідь не розвивається. А ось якщо і рецептор збігся, і дендритна клітина підтвердила ворожу сутність даного антигену своєю агресивною поведінкою, Т-лімфоцит «розуміє», що його призначення - боротися проти всього, що було позначено цим антигеном. Тепер він стає Т-хелпером - лімфоцитом-«помічником» і вчить інші клітини імунної системи протистояти даному антигену.
Проте навіть якщо дендритна клітина з'їсть клітину пухлини, білки останньої, занадто близькі до власних білків організму, навряд чи приведуть дендритні клітини в збудження. Звідси виникла ідея: проінструктувати дендритні клітини штучно, змусити їх впізнати ворога. Так з'явилися нові клітинні вакцини.
Щоб приготувати таку вакцину, у пацієнта беруть клітинний матеріал, з якого отримують індивідуальні дендритні клітини. Їх інкубують разом з лізатом пухлинних клітин того ж пацієнта або з антигенами, змитими з їх поверхні, щоб дендритні клітини їх з'їли. Після цього їх активують (як це робити в лабораторних умовах, уже відомо). А потім дендритні клітини, навчені й активовані, вводиться назад, в розрахунку на те, що вони, як і належить в природі, випадково зустрінуть Т-лімфоцит і запустять імунну відповідь.
Якщо найкращі пептидні вакцини давали позитивний результат приблизно в 4% випадків, то вакцини на основі дендритних клітин - більш ніж у 7%. Щоб краще зрозуміти, багато це чи мало, нагадаємо, як проводяться клінічні випробування. У першій фазі оцінюють тільки безпечність запропонованого і можливість лікування, в другій перевіряють можливий терапевтичний ефект на невеликому контингенті і лише в третій і четвертій - на великій кількості пацієнтів, з подвійним сліпим контролем та іншими заходами, які повинні довести, що терапія працює завжди і у всіх. Що стосується протипухлинних вакцин, основний масив даних по них отримано з першої та другої фази випробувань. Вони тривають досить довго, наприклад друга фаза - п'ять-шість років. Адже перш ніж говорити про ефективність, потрібно показати відсутність рецидивів, збільшення тривалості життя. При цьому, за існуючими правилами, в перших двох фазах беруть участь пацієнти, для яких інші методи лікування вже вичерпані, - тобто це не найпростіші випадки. Можна очікувати, що на ранніх стадіях або після радикальних хірургічних операцій результати будуть значно кращими.
Але існує і інший шлях: змінити пухлинні клітини, щоб вони перестали бути «своїми» для імунної системи, посилити їх чужорідність, прибрати мітки «своїх». Можливо, такі клітини викличуть агресивну реакцію імунної системи, і вона почне винищувати пухлину.
Вакцину з клітин пухлини розробляли, використавши методи генної модифікації, - вийшла, по суті, генно-клітинна вакцина. У 1998 році вперше виявили у ссавців ген, який назвали tag7. Схожий ген є у дрозофіли, точніше, ціле сімейство генів під назвою PGRP. За своєю функцією вони трохи нагадують білки головного комплексу гістосумісності, а також рецептори Т-лімфоцитів. З'ясували, що робить білок Tag7 у ссавців - у миші, людини. Виявилося, що це хемоат-трактант: його «запах» приманює дендритні клітини та інші клітини імунної системи, наприклад моноцити, до того місця, де їх присутність необхідна. Більш того, якщо ми лили цей білок на дендритні клітини, то вони «ощетинювались», у них виникала експресія костимуляторної молекули. Тому виникла ідея: взяти пухлинні клітини, ввести в них ген цього білка і змусити його секретуватися назовні. Така пухлинна клітина як би сама кричить імунній системі: «Бийте мене!" Якщо поруч з нею виявиться дендритна клітина, вона не просто з'їсть її, а при цьому ще й обов'язково активується.
Ідею перевірили в експериментах на тваринах. Ген у вигляді плазміди вводили в пухлинні мишачі клітини. Для контролю брали ген білка ГМ-КСФ (гранулоцит-макрофаг-колонієстимулюючий фактор), який часто використовують в аналогічній схемі вакцинації. Він також відповідає за «включення» імунної відповіді, але на більш пізньому етапі. А наш білок, крім усього іншого, бере участь у розпізнаванні бактеріального патерну (характерного набору молекул). Його поява в пухлинній клітині зробить її в певному сенсі схожою на бактерію. Звичайно, в ній не з'являться бактеріальні білки або полісахариди, але вона сама буде подавати сигнал , що вони є, і тому імунна система сприйме її як інфекцію, яка підлягає знищенню. Модифіковані пухлинні клітини піддали опроміненню, перш ніж вводити в організм миші. Дозу підібрали так, щоб вони залишалися живими до першого поділу і потім гинули, тому не було небезпеки виникнення нових пухлин.
Ту ж саму культуру пухлинних клітин, тільки немодифіковану, використовували, щоб прищепити миші експериментальну пухлину. Експеримент проводили у двох варіантах: профілактична вакцинація (спочатку вводили вакцину, а потім пухлинні клітини) і терапевтична (спочатку вводили пухлинні клітини, і у миші формувалася пухлина, потім вводили вакцину). У першому варіанті практично всі мишки видужували. У контролі, з ГМ-КСФ, ефект був меншим, хоча й ненабагато. У терапевтичній схемі виживаність тварин досягала 60%, у контрольній - 40%. А мишки, яких не лікували або лікували іншими засобами, не вижили взагалі. (До речі, спроба вакцинації немодифікованими пухлинними клітинами навіть прискорила загибель тварин. Мабуть, така «вакцина» придушила імунну відповідь замість того, щоб посилити її.)
Механізм цього впливу тепер представляють наступним чином. Білок, Tag7, задіяв так звану природжену систему захисту від патогенів - зовнішніх агентів, з якими організм ще не зустрічався, проте готовий дати їм відсіч. А ГМ-КСФ бере участь у розвитку адаптивного імунітету, який набувається впродовж життя, в процесі навчання імунної системи. Але, як показали недавні дослідження, адаптивний імунітет не формується без інструкцій, які йому дає вроджена система захисту від патогенів. Можливо, тому активувати вроджений імунітет вигідніше, ніж адаптивний, більш пізній і в еволюційному відношенні, і в кожному окремому випадку.
Суміщені перша і друга фази досліджень пройшли досить давно, а ще раніше було передклінічне випробування на трьох видах тварин , так що безпека терапії повністю підтвердилася. Останніми роками велася чиста друга фаза - визначення ефективності. Із біопсійного або хірургічного матеріалу пацієнта отримували культуру пухлинних клітин і вводили в них ген. Перевіряли чи активний ген в клітині, інактивовували клітини опромінюванням і вводили їх пацієнту. (Важливо, що частину клітин можна законсервувати в рідкому азоті, щоб при необхідності використати для повторної вакцинації.)
Хороша імунна відповідь на вакцину спостерігалася більш ніж у половини пацієнтів. Більш того, у чверті випадків пухлина переставала рости і метастазувати, положення стабілізувалося, а в 10% випадків починався регрес пухлини.
Однак індивідуальна вакцина за визначенням не може бути дешевою і загальнодоступною. У її вартість входить оплата праці кваліфікованих фахівців у середньому протягом трьох місяців, вартість витратних матеріалів. А головне, встановити і підтримувати культуру пухлинних клітин вдається тільки в 30% випадків. Тому для двох з трьох пацієнтів вакцину зробити взагалі не вийде. І навіть у випадку вдалого приготування вакцини забирає багато часу, а це в онкології часто буває занадто великою розкішшю.
Індивідуальні вакцини підтвердили, що запропонований принцип працює. Але переходити до другої фази, в якій братимуть участь не десятки, а близько ста пацієнтів, вирішили з технологічнішою методикою. Як вже говорилося на початку, у різних пухлин є схожі антигени. До часу завершення роботи над індивідуальними вакцинами отримали близько 40 культур пухлинних клітин. З цього банку можна вибирати різноманітні пухлинні антигени і комбінувати їх таким чином, щоб вони хоча б частково відтворювали антигенний портрет пухлини пацієнта. Передбачалося, що таким способом вдасться отримувати не захмарно дорогі і ефективні вакцини за прийнятний час.
Протягом двох років ми продовжували збирати і характеризувати банк. Клітинні лінії були запатентовані онкоцентрами, і зараз серед них вибираються найкращі. У 2008 році зготували універсальну вакцину. Більш того, дуже надихаючий результат був отриманий з комбінованою вакциною, яка містила і білок, і ГМ-КСФ, - вона давала 80% одужань. Зрозуміло чому: така вакцина активує і природжений, і адаптивний імунітет.
Зараз продовжується вивчення вакцини на основі білка ГМ-КСФ. Беруть пухлинну тканину і, не встановлюючи ніякої культури, просто змішують її з культурою клітин, секретуючих ГМ-КСФ. Хоча його секретують не самі пухлинні клітини, а інші, але тут спостерігається так званий bystander-effect - «ефект, стоячого поряд»: розвивається імунна відповідь на пухлину. З наукової точки зору тут немає нічого принципово нового, цей підхід вже використовували зарубіжні дослідники. Але те, що зараз тривають клінічні випробування цієї вакцини, дуже добре, тому що білок ГМ-КСФ, напевно, стане одним з компонентів вакцини, а за правилами необхідно довести ефективність кожного компонента окремо. Тому не можна сказати, що робота стоїть на місці і час проходить даремно, але працювати паралельно за кількома напрямками зараз не вдається, і це сумно. Адже навіть при найкращому розкладі випробування займуть багато років, а витрачені даремно роки - це життя людей.
