Фиброз печени и лёгких остаётся одной из главных причин смерти во всём мире, а лекарств, способных остановить рубцевание, почти нет. Рядом с этой работой в архиве лежат исследования о том, как клетки глотают частицы, как опухоль строит своё генеалогическое древо, как клетки-часовые строят ловушку для рака, а также о магнитных датчиках для живой клетки и о том, как нейтроны по-разному убивают раковые клетки. Эти работы объединяет интерес к клеточным механизмам болезни и к способам точечного вмешательства. Данная статья стоит на отшибе: её ближайший сосед по смыслу находится на расстоянии 0.501, а вплотную нет ни одной работы. Она входит в тематическую группу, где упоминаются бактерии, стволовые клетки, клетки и парадокс Браесса в биологии, но сама группа рыхлая. Поэтому статья заполняет пробел: до неё никто не соединял адресную доставку лекарств с конкретным состоянием стареющих макрофагов в фиброзной нише.
Сначала на 58 образцах фиброзной печени и лёгких человека с помощью мультиплексной иммунофлуоресценции проверили, какие клетки несут P-селектин и одновременно признаки старения: белок p21, отсутствие маркера деления Ki67 и сниженный ламин B1. Затем создали наночастицы из сульфатированного фукоидана, который прочно связывается с P-селектином, и загрузили в них два типа лекарств: сенолитик навитоклакс, убивающий стареющие клетки, и сеноморфик dBET6, подавляющий их вредные выделения. Для сравнения делали частицы из декстрана, который P-селектин не связывает. Частицы вводили мышам с фиброзом печени (вызван четырёххлористым углеродом) или лёгких (вызван блеомицином) и отслеживали их накопление по красителю индоцианину зелёному. Чтобы понять, какие именно клетки поглощают частицы, из фиброзных органов выделяли клетки по поверхностному P-селектину и активности бета-галактозидазы, связанной со старением, а затем анализировали их методом секвенирования РНК одиночных клеток.
В фиброзной ткани человека и мыши P-селектин оказался на подмножестве стареющих клеток, причём в печени и лёгких картина совпала. Наночастицы с фукоиданом накапливались именно в больном органе: в печени при фиброзе печени, в лёгких при фиброзе лёгких. На уровне клеток они попадали в стареющие макрофаги с признаками P-селектина и бета-галактозидазы, но не в другие клетки. Оба типа наночастиц уменьшили отложение коллагена и число активированных фибробластов, причём эффект был не хуже, чем от свободного лекарства, хотя наночастицы затрагивали лишь малую долю клеток. Главное: исчезли тяжёлые побочные эффекты свободных препаратов — падение нейтрофилов и тромбоцитов, потеря веса, гибель животных. Секвенирование одиночных клеток показало, что мишенью служит особая популяция макрофагов, сочетающая признаки старения и липид-ассоциированных макрофагов. Эти клетки выделяют иммуносупрессивные молекулы и живут рядом с активированными фибробластами, вытесняя Т-клетки. После удаления таких макрофагов в ткани возвращались дендритные клетки, CD4+ и CD8+ Т-лимфоциты, а профиль цитокинов сдвигался от противовоспалительного к иммуностимулирующему. В моделях рака печени и лёгкого, выращенного на фиброзной подложке, наночастицы в комбинации с иммунотерапией вызывали стойкое уменьшение опухолей и продлевали жизнь мышам, тогда как без наночастиц опухоли не отвечали на лечение.
Работа отличается от соседей по архиву тем, что не просто описывает клеточные состояния или механизмы болезни, а предлагает готовую технологию адресного воздействия на конкретную патогенную популяцию. Соседние исследования рассматривают клеточные процессы по отдельности: как клетка глотает частицы, как опухоль эволюционирует, как иммунные клетки распознают врага. Здесь же впервые показано, что можно совместить маркер поверхности (P-селектин) с состоянием старения и за счёт этого избирательно уничтожить болезнетворные макрофаги, не тронув полезные. Это первая проверка идеи, что сенолитики можно сделать безопасными, направив их в нужную нишу, а не разливая по всему организму.
Следующий шаг — проверить, работает ли тот же подход при фиброзе других органов, например почек или сердца, и насколько безопасен он при длительном применении. Отдельный вопрос: можно ли использовать P-селектин как маркер для отбора пациентов, которым поможет такая терапия. Если удастся показать, что у людей с высоким содержанием P-селектин-положительных стареющих макрофагов прогноз хуже, это откроет путь к персонализированному лечению. Также стоит изучить, не появится ли устойчивость при повторных курсах и как наночастицы ведут себя в организме человека, а не мыши.
Технология может изменить лечение хронических болезней печени и лёгких, где фиброз сегодня необратим. В онкологии она способна расширить круг пациентов, которым помогает иммунотерапия, за счёт снятия фиброзного барьера.
Ближайшие эксперименты — испытания на крупных животных для оценки токсичности и подбор дозы. Параллельно нужно разработать диагностический тест на P-селектин-положительные макрофаги в биопсии, чтобы отбирать пациентов для клинических испытаний.
В биологии старения остаётся нерешённым вопрос: какие именно стареющие клетки вредны, а какие полезны. Эта работа показывает, что вред сконцентрирован в небольшой популяции макрофагов с определённым поверхностным маркером, и даёт инструмент для её изучения. Открытым остаётся и то, как стареющие макрофаги взаимодействуют с фибробластами и Т-клетками в нише, и почему именно они становятся устойчивыми к иммунной атаке.
Фукоидан — это полисахарид из бурых водорослей, который веками использовали в народной медицине Восточной Азии. Теперь он служит системой наведения для наночастиц, потому что прочно связывается с P-селектином на поверхности клеток.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.