В виде капель: ученые использовали экзосомы из спермы свиней для лечения опухолей сетчатки без прокола глаза

На протяжении десятилетий сетчатка оставалась одним из самых труднодоступных органов для медицины. Защищенная рядом биологических барьеров, изолирующих ее от внешней среды и кровотока, для любого эффективного лечения обычно требуются инъекции в глазное яблоко, системная химиотерапия или лазерные процедуры — методы, которые могут вызывать серьезные побочные эффекты, особенно у детей. Именно в этом контексте проводится исследование, возглавляемое учеными из Шэньянского фармацевтического университета в Китае, которые поставили перед собой задачу найти способ доставить лекарства к дну глаза, не прокалывая и не повреждая его, используя исключительно капли. «В случае ретинобластомы эти трудности усугубляются еще одним фактором: речь идет об опухоли, которая в большинстве случаев появляется до пяти лет. Лечение направлено не только на спасение жизни пациента, но и на сохранение глаза и зрения — цель, которую не всегда удается достичь с помощью современных методов лечения. В запущенных случаях даже сегодня удаление глазного яблока остается одним из вариантов лечения. Как отмечают авторы, необходимость снизить агрессивность лечения была одной из основных движущих сил данной работы. «Существует острая потребность в неинвазивных методах лечения, способных эффективно доставлять лекарственные препараты в задний сегмент глаза», — отмечают они и предупреждают, что эта проблема не ограничивается опухолями, а затрагивает множество заболеваний сетчатки. «Ключевую роль в этой работе играют экзосомы — микроскопические везикулы, которые клетки выделяют естественным образом и которые действуют как биологические посредники». В данном случае ученые использовали экзосомы, полученные из спермы свиней, и этот выбор был неслучайным. Как следует из исследования, опубликованного на этой неделе в Science Advances, эти экзосомы обладают особой биологической способностью: они приспособлены к преодолению сложных клеточных барьеров, как это происходит в процессе оплодотворения. «Проще говоря, во время репродукции сперматозоиды должны проходить через слои тщательно защищенных тканей, чтобы добраться до яйцеклетки. Экзосомы, присутствующие в сперме, играют ключевую роль в этом путешествии, облегчая прохождение, не разрушая барьеры. Именно эту логику исследователи попытались перенести на барьер глаз. Одним из наиболее важных методологических решений исследования было сравнение этих спермальных экзосом с другими носителями, используемыми в исследованиях, такими как липосомы или экзосомы, полученные из опухолевых клеток. Во всех случаях экзосомы, полученные из спермы, продемонстрировали более высокую способность проникать через поверхность глаза и достигать сетчатки, даже когда размер и электрический заряд частиц были схожими. «Это подтвердило идею о том, что речь идет не только о физических факторах — таких как размер частиц, — но и о конкретном биологическом свойстве». В исследовании подчеркивается, что «белковый состав экзосом, полученных из спермы, играет центральную роль в их способности проникать», что отличает их от других систем доставки лекарств. «В лаборатории команда загрузила эти экзосомы терапевтической системой, предназначенной для уничтожения опухолевых клеток посредством окислительного стресса — механизма, вызывающего самоуничтожение раковых клеток. Для повышения специфичности экзосомы были модифицированы фолиевой кислотой — молекулой, которая предпочтительно связывается с клетками ретинобластомы, наиболее распространенного вида рака глаза у детей. В экспериментах на мышах наблюдение не ограничивалось размером опухоли. Исследователи также оценивали электрическую активность сетчатки — объективный показатель того, продолжает ли ткань функционировать правильно. У животных, получавших капли, эти показатели оставались в пределах нормы, что является важным фактом в условиях, когда даже успешные методы лечения могут привести к ухудшению зрения. «Готовый препарат вводили в виде глазных капель мышам с опухолями сетчатки. Результаты, оцениваемые в течение 30 дней, показали, что опухоли перестали расти, не распространялись внутри глаза, а животные сохранили зрительную функцию, сопоставимую с таковой у мышей без рака». Как следует из исследования, эти результаты контрастировали с результатами, наблюдавшимися у мышей, получавших те же терапевтические компоненты без экзосом: в этих случаях препараты не смогли проникнуть через глазной барьер, опухоли продолжали расти и распространялись на другие области глаза. «В этом месте в работе проводится ключевое различие, которое также отмечает Nature. Испытания на мышах использовались для оценки эффективности лечения опухоли и сохранения зрения, в то время как испытания на кроликах проводились в качестве модели для анализа безопасности метода для глаз. В последних исследованиях не проводилось лечение рака, а проверялось, вызывает ли многократное применение капель повреждения, воспаление или структурные изменения в глазу. «По данным исследовательской группы, после месяца применения капли хорошо переносились кроликами, хотя было обнаружено легкое раздражение роговицы — этот эффект необходимо более тщательно изучить в будущих исследованиях с более длительным сроком наблюдения». Одним из основных вкладов данной работы является объяснение механизма, позволяющего экзосомам проникать через поверхность глаза. Как следует из исследования китайской группы, семенные экзосомы содержат белок, называемый эпидермальным фактором роста (EGF). Этот белок воздействует на так называемые плотные соединения — структуры, которые удерживают клетки поверхности глаза вместе. «EGF позволяет временно и обратимо открывать эти клеточные соединения», — отмечают авторы. То есть экзосомы не разрушают глазной барьер, а приоткрывают его на ограниченное время, ровно настолько, чтобы лекарство прошло, а затем позволяют ткани восстановить свое первоначальное состояние. «Эта обратимость была отмечена независимыми специалистами, к которым обратился журнал Nature». По мнению Чунся Чжао, исследовательницы в области доставки лекарственных средств и наномедицины из Университета Аделаиды, эта техника «демонстрирует изящный способ преодоления биологических барьеров, которые чрезвычайно трудно проникнуть». В том же духе Дэвид Грининг, исследователь в области биомедицинской протеомики из Института Бейкера по изучению сердечно-сосудистых заболеваний и диабета в Мельбурне, отметил, что речь идет о предварительном исследовании, но подчеркнул, что «лекарства, вводимые в виде капель, будут гораздо менее инвазивными, чем внутриглазные инъекции». «Помимо рака глаза, сами авторы предполагают, что этот подход может служить моделью для решения других давних медицинских проблем. Биологические барьеры, подобные сетчатому, защищают такие органы, как мозг, где доставка лекарств по-прежнему остается одной из главных проблем неврологии и онкологии. В этом смысле исследование предлагает идею, выходящую за рамки конкретного случая ретинобластомы. Речь идет, как отмечают авторы, о «использовании транспортных систем, разработанных биологией в ходе эволюции», вместо того, чтобы форсировать проникновение лекарств с помощью все более инвазивных процедур. «На данный момент как авторы, так и эксперты, опрошенные Nature, сходятся во мнении, что путь к клиническому применению будет долгим. Необходимы испытания на людях, длительные оценки безопасности и четкие нормативные определения». Но принцип уже доказан: дно глаза не обязательно недоступно для неинвазивного исследования.