Ученые определили, как движутся между органами лимфоциты — клетки иммунитета, — когда их искусственно вводят в кровь, например, при лечении рака. Моделирование показало, что такие клетки, перемещаясь с кровью и лимфой, не влияют на циркуляцию естественных Т-лимфоцитов, накапливаясь преимущественно в селезенке, печени и лимфатических узлах. Полученные данные помогут рассчитывать оптимальное для пациентов количество иммунных клеток, вводимых при Т-клеточной терапии. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Immunology.
© Антонина НикитичТ-клетки — один из видов лимфоцитов, которые обеспечивают иммунный ответ организма. Они разрушают опухолевые, мутировавшие и чужеродные — например бактериальные — клетки, а также участвуют в формировании «памяти» об инфекциях. Поэтому для лечения рака, а также при особенно тяжелом течении инфекционных заболеваний пациентам вводят в вену дополнительные Т-клетки, которые помогают ослабленной иммунной системе бороться с заболеванием. Чтобы такая терапия была эффективной, врачу нужно контролировать, сколько Т-лимфоцитов попадет с кровью в больной орган или ткань. Для этого необходимо знать, как перемещаются искусственно введенные, а также собственные иммунные клетки организма. Поэтому ученые пытаются отследить маршруты их миграций экспериментально — на животных моделях — и математически с помощью моделирования. Однако на сегодняшний день существуют «транспортные карты» либо только искусственно введенных в кровоток лимфоцитов, либо только собственных Т-клеток организма.
Ученые из Московского государственного медицинского университет имени И.М. Сеченова (Москва), Института вычислительной математики имени Г.И. Марчука РАН (Москва) создали математическую модель, описывающую, как движутся собственные и введенные с помощью инъекции лимфоциты внутри организма. При разработке модели исследователи опирались на результаты ранее проведенных экспериментальных работ, в которых отслеживали перемещение искусственно введенных и меченых светящимся красителем Т-лимфоцитов в организме мышей. Также в модель были включены полученные другими научными группами данные по содержанию собственных Т-лимфоцитов в разных органах и тканях у здоровых мышей.
В результате исследователи составили схему, которая отображала связи между кровью, легкими, селезенкой, печенью, а также различными лимфатическими узлами, и вывели математические уравнения, описывающие перемещения Т-лимфоцитов между этими органами.
Моделирование показало, что введение в кровь дополнительных Т-лимфоцитов не влияет на количество собственных Т-клеток во всех рассматриваемых органах, то есть Т-терапия не нарушает динамику перемещений естественных иммунных клеток в организме. При этом сами введенные клетки распределяются неравномерно: они накапливаются в селезенке, печени и лимфатических узлах. Это происходит, потому что эти органы регулируют уровень лимфоцитов в крови и играют важную роль в формировании иммунитета. Таким образом общее количество Т-лимфоцитов здесь возрастает.
Кроме того, авторы выяснили, что на распределение искусственно введенных Т-клеток между органами влияет то, имеют ли эти клетки на поверхности рецептор CCR7 — молекулу, которая отвечает за миграцию иммунных клеток в органы лимфатической системы. Так, Т-лимфоциты с этой молекулой накапливались преимущественно в селезенке — органе, где иммунные клетки приобретают специализацию и «нацеливаются» против конкретного патогена. Таким образом, контролируя при искусственном введении долю Т-клеток, несущих молекулу CCR7, можно управлять количеством Т-клеток, которые будут готовы участвовать в иммунном ответе.
Полученные знания могут использоваться в иммунотерапии рака, так как основной ее метод — введение в организм дополнительных доз Т-клеток.
«С помощью предложенной математической модели можно планировать и оптимизировать дозу вводимых лимфоцитов и учитывать их молекулярные характеристики, в частности наличие дополнительных молекул на поверхности, нацеливающих клетки на опухоли. В дальнейшем мы планируем построить модель, применимую для организма человека, чтобы оценить, как в нашем теле распределяются лимфоциты при Т-клеточной терапии», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Антонина Никитич, младший научный сотрудник Центра математического моделирования в разработке лекарств Московского государственного медицинского университет имени И.М. Сеченова, сотрудник Института вычислительной математики имени Г.И. Марчука РАН.