Вступление

На сегодняшний день рак является одной из основных причин смертей во всем мире. Болезнь характеризуется неограниченным ростом, инвазией и метастазированием клеток. Большинство клинических симптомов сопровождаются потерей веса, плохим аппетитом, усталостью, новообразованиями на поверхности тела, кровотечением, болью, увеличением лимфатических узлов и неврологическими симптомами. Общими экологическими причинами рака являются химические вещества (табак), ионизирующее излучение (ультрафиолет), инфекции (вирус папилломы человека, вирус герпеса), наследственность, отсутствие физической активности и загрязнители окружающей среды [16].

Статистика раковых заболеваний

За последние 100 лет по уровню заболеваемости и смертности в мире онкопатология переместилась с десятого места на второе, уступая лишь болезням сердечно-сосудистой системы. По данным ВОЗ, ежегодно раком заболевают около 10 млн человек,  а к 2030 г. смертность от рака увеличится на 45%  по сравнению с уровнем 2007 г. [16].

Украина находится на втором месте в Европе по темпам распространения рака. Ежегодно количество онкобольных  в Украине увеличивается на 160 тыс.,  а от рака умирают около 90 тыс. человек, из которых  35% − трудоспособного возраста. Ежедневно в Украине заболевают раком 450 человек, а умирают – 250 [16].

Риск развития онкологических заболеваний составляет 27,7% для мужчин и 18,5% для женщин. Злокачественные новообразования поражают в Украине каждого четвертого мужчину и каждую шестую женщину. Основными причинами смерти являются:

• у мужчин – злокачественные новообразования легких, желудка, прямой кишки, предстательной железы, ободочной кишки – 56,0% всех случаев;

• у женщин – злокачественные новообразования молочной железы, желудка, ободочной кишки, прямой кишки, яичников, шейки матки – 57,6% [16].

Методы лечения раковых заболеваний

Для борьбы с онкозаболеваниями традиционно используются три основных метода: хирургический, химиотерапевтический и метод лучевой терапии. К сожалению, эти методы практически исчерпали свой ресурс, поэтому ученые все чаще пользуются современными технологиями борьбы с онкопатологией, среди которых весомое место занимает вакцинация. На сегодняшний день этот метод используют при онкологических заболеваниях с целью предупреждения возникновения рецидивов и метастазов после проведенного хирургического или комплексного лечения [13].

Противоопухолевые вакцины

Наиболее простой способ получения противоопухолевых вакцин основан на использовании (после специальной обработки) опухолевых клеток или их компонентов [15]. Причем, это могут быть клетки собственной опухоли больного, или же полученные от другого пациента. Методами генной инженерии в опухолевые клетки вводят гены, активизирующие выработку связанного с опухолью антигена, синтез молекул цитокинов и других белков, которые стимулируют иммунный ответ или оказывают токсическое действие на клетки опухоли [15].

Для создания конъюгированных вакцин перспективным является использование углеводных лигандов [12]. 

Раковые клетки содержат особый тип углеводных соединений – так  называемые онкоассоциирование антигены. Эти углеводы задействованы в различных процессах межклеточных взаимодействий, а также участвуют в развитии заболеваний. Расшифровка механизмов таких взаимодействий позволит не только установить причини возникновения болезни, но и создать вещества, которые избирательно предотвращают развитие опухолей. С помощью вакцинации можно индуцировать иммунную защитную реакцию, направленную на онкоантигены, а вместе с ними и на раковые клетки [12].

Разработка онковакцины – достаточно сложный междисциплинарный проект,  предусматривающий решение нескольких задач. В первую очередь, это синтез онкоантигенов- лигандов, представляющих собой полифункциональные структуры, содержащие специальные спейсерные группировки, необходимые для присоединения лигандов к белку-носителю. Следующая задача – это структурный анализ самых углеводных лигандов. Приходится работать с очень малыми количествами веществ, строение которых, тем не менее, должно быть достоверно установлено [12].

Особый этап при получении конъюгированной вакцины заключается в присоединении многих копий углеводных лигандов к белку-носителю. При выборе белка  необходимо учитывать, что онкоантигены являются  аутоантигенами человека, поэтому иммунная реакция против них очень слабая. Для преодоления этого ограничения химикам приходится использовать достаточно сложные белки-носители, усиливающие иммунный ответ. Примером такого носителя может быть гемоцианин, выделенный из морского моллюска Megathura crenulata[12].

На белок-носитель ученые «пришивают» около 300 углеводных лигандов, фактически создавая модель онкоклетки, против которой и формируется защитная иммунная реакция. Для ее усиления при вакцинации необходимо использовать особые активаторы иммунитета. Перспективными агентами являются некоторые растительные гликозиды, сапонины [12].

В последние годы широкое распространение получили векторные вакцины [14].

Векторы – это специальные вирусы, бактерии, дрожжевые клетки или другие микроорганизмы, которые могут быть использованы для доставки антигенов или ДНК в организм. Векторы могут быть полезными в создании вакцины против целого ряда онкологических заболеваний. Во-первых, они могут быть использованы для доставки более одного антигена рака для усиленной активации иммунной системы. Во-вторых, векторы, такие как вирусы и бактерии, могут вызвать свои иммунные реакции организма, что активизирует общий иммунный ответ. В отличие от дорогих химиопрепаратов векторные вакцины проще и дешевле в производстве [14].

Около 20 лет назад у больного раком человека клонировали индивидуальные гены, кодирующие антигены, ассоциированные с опухолью и распознаваемые Т-лимфоцитами, что открыло путь для создания терапевтических противораковых вакцин [2].

Принцип действия этих вакцин состоит в усилении естественного противоопухолевого иммунного ответа в результате образования  антигенспецифических Т-лимфоцитов, способных распознавать и устранять остаточные или метастатические раковые клетки. Данная терапевтическая вакцина была создана на основе трансгенного табака, в который вводили соответствующие гены, кодирующие синтез антигенных белков [2]. Такие вакцины имеют ряд существенных преимуществ перед традиционными. Они, в отличие от бактериальных и дрожжевых экспрессивных систем, способны к посттрансляционным модификациям по типу высших эукариот, что значительно уменьшает вероятность возникновения побочных эффектов после вакцинации. Растительные мукозальные вакцины способны индуцировать гуморальный иммунный ответ; они более безопасны, поскольку не имеют общих с человеком патогенов [2].

Отметим, однако, что стоимость такой разработки остается достаточно  высокой, что существенно ограничивает ее применение [2].

Рекомбинантные анаэробные бактерии как активаторы цитокиновой системы организма

Химиопрепараты являются эффективными и в то же время достаточно опасными для организма человека, так как отрицательно влияют не только на раковые образования, но и на здоровые клетки больного, вызывая тяжелые побочные эффекты. 

Поэтому усилия ученых были направлены на создание препаратов на основе микроорганизмов, действующих именно на злокачественные образования.

В связи с наличием гипоксической области (бескислородного участка), многие виды опухолей устойчивы к радио- и химиотерапии. Тем не менее, такие ограничения могут устранены при применении анаэробных бактерий, таких как Clostridium, Bifidobacterium и Salmonella, заселяющих в основном  гипоксические участки опухолей, что, в  свою очередь, позволяет уничтожать раковые клетки. Такие микроорганизмы предварительно модифицируют геном синтеза фактора некроза опухолей или интерлейкинов [8].

Поскольку клостридии являются строгими анаэробами, они быстро распространяются по всем бескислородным участках опухоли. Однако большинство этих бактерий являются патогенными, что может отрицательно влиять на организм пациента [8].

Использование факультативных анаэробов (Salmonella typhimurium) является более перспективным, поскольку они способны распространяться не только внутри опухоли (в бескислородных условиях), но и снаружи образования. Поскольку  сальмонеллы также  являются патогенными,  их введение в организм человека может вызвать септический шок, обусловленный наличием липида А. Однако этого можно избежать, «вырезав» ген синтеза липополисахаридов у сальмонелл [8].

Индукция иммунной системы с использованием вирусов и других инфекционных агентов

В последние годы для борьбы с раковыми заболеваниями начали использовать вирусы. Ученые доказали, что ослабленный вирус гриппа А и вирус обычного гриппа при введении в организм человека способен вызывать функциональное дифференцирование опухолевых антиген-специфических цитотоксических Т-лимфоцитов, продуцирующих цитокины [6].

По мнению экспертов, использование вируса гриппа позволит бороться с раком различной локализации, поскольку вирус можно вводить внутривенно [6].

Связь инфекционных агентов с различными типами раковых заболеваний [11, 14]:

1. Вирус гепатита В (HBV) и С (HCV) – гепатоцеллюлярная карцинома (разновидность рака печени)

2. Вирус папилломы человека (ВПЧ) 16 и 18, а также другие типы ВПЧ – рак шейки матки, влагалища, вульвы, ротоглотки (рак корня языка, миндалин, глотки или гортани); анальный рак, рак полового члена, плоскоклеточный рак кожи.

3. Вирус Эпштейн-Барра – лимфома Беркитта, лимфома, лимфома Ходжкина, рак носоглотки.

4. Вирус герпеса (KSHV), также известный как вирус герпеса человека – 8 (HHV8) – саркома Капоши.

5. Бактерия Helicobacter рylori– рак желудка, слизистой оболочки лимфоидной ткани, лимфома.

6. Schistosoma hematobium– рак мочевого пузыря.

7. Opisthorchis viverrini– холангиокарцинома (тип рака печени).

Таким образом, для предотвращения некоторых видов раковых заболеваний, необходимо осуществлять вакцинацию от вирусов и других инфекционных агентов.

Фотодинамическая терапия

В последние годы в онкологической практике стали использовать малотравматический метод лечения злокачественных новообразованиях – фотодинамическую терапию (ФДТ). Метод заключается во введении в организм с опухолью фотосенсибилизаторов, которые могут накапливаться в злокачественных клетках, делать их светочувствительными, вызывая тем самым и выборочное разрушение опухолевых клеток при следующем облучении. Предложенный способ терапии характеризируется значительно большей избирательности повреждения опухолей по сравнению с радио- и химиотерапией, что объясняется, прежде всего, способностью фотосенсибилизатора накапливаться и дольше задерживаться в опухоли, чем в нормальных тканях [3].

Наиболее распространенным фотосенсибилизатором, использующимся в фотодинамической терапии опухолей является копропорфирин, синтезированный Arthrobacter globiformis [1]. Фотосенсибилизатор, накопившийся в опухоли, поглощает свет и производит особую форму кислорода, которая разрушает прилегающие клетки. Кроме указанного уничтожения раковых клеток, фотодинамическая терапия разрушает опухоль двумя другими способами. Во-первых, фотосенсибилизаторы могут повредить кровеносные сосуды в опухоли, таким образом, нарушая приток питательных веществ к ней. Во-вторых, ФДТ может активировать иммунную систему, заставляя ее «атаковать» раковые клетки [1, 3].

Источниками света для фотодинамической терапии чаще всего являются лазерные установки. Лазерный свет с помощью волоконно-оптического кабеля можно направить непосредственно на опухоль внутри тела. Например, такой кабель можно вставить через эндоскоп в легкие или пищевод для лечения рака этих органов. Другие источники света, например, светоизлучающие диоды, используют для лечения поверхностных опухолей, например, рака кожи [3].

Ограничения к применению и недостатки ФДТ:

- Свет, необходимый для активизации большинства фотосенсибилизаторов, не может проникнуть в ткань глубже, чем на один сантиметр. По этой причине фотодинамическая терапия обычно используется для лечения опухолей, расположенных непосредственно под кожей или на оболочках внутренних органов или полостей [3].

- Фотодинамическая терапия менее эффективна при лечении больших опухолей, так как свет не может должным образом влиять на них.

- В большинстве случаев этот метод невозможно использовать для лечения метастатического рака.

- Фотосенсибилизаторы повышают чувствительность глаз и кожи к свету; этот эффект сохраняется примерно в течение шести недель после окончания лечения [3].

- Применение этого метода лечения может вызвать ожоги, отеки, боль и рубцевания здоровых тканей, прилегающих к месту, где находится опухоль.

- В зависимости от того, где находится опухоль, фотодинамическая терапия может вызвать такие побочные эффекты, как кашель, затрудненное глотание, боль в желудке, боль при дыхании, одышка. Обычно эти побочные эффекты носят временный характер.

Однако, несмотря на недостатки и ограничения при лечении рака ФДТ, данный метод является достаточно перспективным [3].

Природные вещества растительного и микробного происхождения

Пигменты. Некоторые микроорганизмы, выживая в неблагоприятных для них условиях, способны выделять в окружающую среду различные практически ценные для  медицины метаболиты [4].

Перспективными противоопухолевыми препаратами являются лекарства, созданные на основе пигментов (β-каротин, ликопин, куркумин и антоцианы), которые получают из растений и микроорганизмов.

Так, из бактерий Serratia marcescens, Vibrio psychroerythrus, Streptomyces griseoviridis, Hahella chejuensis и других грамотрицательных бактерий получают красный пигмент продигиозин (ПГ), который характеризуется высокими иммуносупрессивными свойствами и выраженной противоопухолевой активностью. Однако недостатками таких лекарств на основе пигмента являются  большие потери при производстве и достаточно сложная очистка препарата [4].  

Лектины. Значительное количество исследований противораковых свойств лектинов было проведено в Индии. Ученые описали более 2000 базидиомицетов и актиномицетов, синтезирующих лектины с цитотоксическим действием и способностью останавливать пролиферацию раковых клеток, благодаря чему они широко применяются для лечения различных видов рака [9, 10]. Так, лектины могут проявлять антипролиферативный потенциал за счет перекрестного связывания на клеточной поверхности гликоконьюгатов или углеводов, содержащихся на поверхности раковых клеток, или посредством иммуномодулирующего действия в результате активации ингибиторов циклинкиназ, тем самым останавливая целый клеточный цикл опухолевой клетки. В общем противоопухолевое действие лектинов оказывается в связывании ими определенных молекул на поверхности раковой клетки и прекращении дальнейшего распространения и развития [9, 10].

Эфирные масла. В одном из обзоров авторы из Туниса проанализировали 130 публикаций, свидетельствующих об эффективном противораковом действии различных эфирных растительных масел [7].

Появление перерождающихся клеток может быть обусловлено  свободнорадикальным окислением с образованием активных продуктов. Установлено, что эфирные масла базилика, фенхеля препятствуют интенсивному образованию радикалов и мобилизуют собственные системы антирадикальной защиты.

Интересно, что и определенные компоненты эфирных масел (карвакрол, лимонен, гумулен, гераниол, мирцин т.д.) оказались мощными противораковыми средствами [7].

Отметим, что среди соединений растительного происхождения именно эфирные масла из ароматических растений обладают наиболее сильными противораковыми свойствами. Конечно же, ароматерапия не может заменить стандартную химио- и лучевую терапию, однако может быть использована для  уменьшения побочных эффектов препаратов [7].

Поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные вещества являются такими же перспективными для использования в противоопухолевой терапии, как лектины и эфирные масла. Так, установлено, что сурфактин вызывает апоптоз клеток рака молочной железы [5]. В ходе научных исследований было установлено, что реактивный кислород (АФК) и Са²⁺ влияют на проницаемость пор митохондриальной мембраны, а сурфактин индуцирует АФК, способствующий открытию пор, рассеиванию митохондриального мембранного потенциала, что сопровождается увеличением концентрации ионов кальция  в цитоплазме. Такое действие приводит к высвобождению цитохрома с из митохондрий в цитоплазму через поры, активацию фермента каспазы, что вызывает апоптоз [5].

В научных исследованиях ученых из Португалии сообщается о противоопухолевой активности сурфактина (продуцент Bacillus subtilis 573) и гликопротеина BioEG (Lactobacillus paracasei sub sp. рaracasei А20) против двух клеточных линий рака молочной железы Т47DiMDA-MB-231 [5]. Согласно результатам, сурфактин ( 0,5 мг/мл) предотвращал пролиферацию клеток Т47D на 65 и 70% при экспозиции 48 и 72 ч соответственно. При такой же концентрации эффективность сурфактина по отношению к MDA-MB-231 проявлялась уже через 24 ч и составляла 50%, процент нежизнеспособных клеток увеличивался до 75% при экспозиции 72 ч [5].

Гликопротеин BioEG оказался эффективным при концентрации 0,15 мг/мл и снижал в течение 24, 48 и 72 ч количество жизнеспособных клеток рака Т47D на 72, 65 и 42%,  а клеток рака MDA-MB-231 – на  73,53 и 37% соответственно [5].

Выводы

Таким образом, комплексный подход в лечении рака является наиболее эффективным. Нельзя создать универсальное лекарство против рака. Для различных типов онкоклеток, различных видов опухолей и на разных стадиях развития болезни критически важными могут быть различные биологические процессы, для регулирования которых необходимы, соответственно, и различные виды терапии.

Среди современных методов лечения раковых заболеваний наиболее известные это использования рекомбинантных анаэробных бактерий, лектинов, пигментов, эфирных масел, ПАВ.

Но все же, последним оружием в борьбе с раком есть собственные клетки пациента.

Можно надеяться, что разработка новых методов и совершенствование существующих технологий получения противоопухолевых вакцин позволят уже в ближайшее время использовать их в качестве доступного метода лечения онкологических больных.

Библиографический список

1. Малков М.А., Петрищев Н.Н., Мишуткин С.Н. Разработка способа фотодинамической терапии для лечения неопластических новообразований с использованием фотосенсибилизатора на основе препарата копропорфирин // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 1 – С. 142–146.
2. Саляев Р. К., Рекославская Н. И., Столбиков А. С. Инновационные вакцины против опасных вирусных заболеваний // Живые и биокосные системы. – 2014. – № 9. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-9/article-8.
3. Юрочко Ф. Фотодинамическая терапия опухолей   // доп. № 5 к ж. Медицина мира. – 2006. С. 16 – 18.
4. Chang C.C., Chen W.C., Ho T.F.,Wu H.S., Wei Y.H. Developmentof natural anti-tumor drugs by microorganisms //J. Biosci. Bioeng. – 2011. – V. 111. – N5. – 501–511.
5. Duarte C., Gudiña E. J., Lima C. F., Rodrigues L.R. Effects of biosurfactants on the viability and proliferation of human breast cancer cells // AMB Express. – 2014.15;4:40.
6. Efferson C.L, Schickli J., Ko B.K., Kawano K., Mouzi S., Palese P., García-Sastre A., Ioannides C.G. Ioannides CG: Activation of tumor antigen-specific cytotoxic Tlymphocytes (CTLs) by human dendritic cells infected with anattenuated influenza A virus expressing a CTL epitope derived from the HER – 2/neu proto-oncogene // J. Virol. – 2003. – V. 77. – N 13. – P. 7411–7424.
7. Fatma G., Mouna B. F., Mondher M. Ahmed L. In-vitro assessment of antioxidant and antimicrobial activities of methanol extracts and essential oil of Thymus hirtus sp. Algeriensis // Lipids Health Dis. – 2014.14;13:114.
8. Yu H. Bacteria-mediated disease therapy // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2011. –V. 92. – N6. – P. 1107–1113.
9. Lam S.K., Ng T.B. Lectins: production and practical applications // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2011. – V. 89. –N 1. – P. 45 – 55.
10. SinghR.S., BhariR., KaurH.P. Mushroom lectins: current status and future perspectives // Crit. Rev. Biotechnol. – 2010. – V. 30. – N2. – P. 99 – 126.
11. Chan W. M. , McFadden G. Oncolytic Poxviruses //Annu. Rev. Virol. –2014. – V. 1. – N1. – Р. 191–214.
12. Будущее фармы за углеводами. Марина Муравьёва // Наука и техника: Живые системы. – 2009. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=21395#.VTOyafkWVGJ.
13. Вакцинация против рака: взгляд экспертов. // Пресс-служба «Еженедельника АПТЕКА» – 2014. Т. 940. № 12. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.apteka.ua/article/291123?print=1.
14. Вакцина от рака [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://oncoru.com/index/vaccines/
15. Вакцина от рака: от исследований до разработки украинской вакцины. – 2012. [Электронный ресурс] //Режим доступа: http://oncoportal.net/stati/vaktsina-ot-raka-ot-issledovanii-do-razrabotki-ukrainskoi-vaktsini.html.
16. Статистика онкологических заболеваний в Украине. – 2014. [Электронный ресурс] // Режим доступа:http://diapharma.ua/articles/statistika-onkologicheskih-zabolevaniy-v-ukraine.

 

---

Все статьи автора «Lut.iryna»