В последние годы целевая терапия с использованием опухолекомпетентных стволовых клеток в качестве носителей различных терапевтических факторов стала актуальной темой исследований в стратегии лечения злокачественной глиомы. Хотя нейральные стволовые клетки (НСК) показали обнадеживающие результаты в доклинических испытаниях [[i]], их применение в клинике было ограничено техническими трудностями сбора, выделения и экспансии in vitro, потенциальным иммунным отторжением при аллогенной трансплантации, а также этическими и юридическими факторами. Мезенхимальные стволовые клетки, полученные из костного мозга (БМ-МСК), которые относительно легко получить, обладают сходной с НСК опухолеродной способностью [[ii]], их сбор технически менее сложен и требует менее жестких условий работы. Однако количество BM-MSCs относительно ограничено, а их пролиферативная способность снижается с возрастом [[iii]]. По этой причине мезенхимальные стволовые клетки, полученные из жировой ткани человека (hAT-MSCs), которые обладают аналогичным опухолегенным действием [3], доступны в большем количестве, свободны от этических и юридических проблем, легко получаются и выделяются, а также могут быть аутологично трансплантированы, как ожидается, станут более желательным средством генного таргетинга для глиомы [iv]. Мезенхимальные стволовые клетки, полученные из жировой ткани человека (hAT-MSCs), как ожидается, станут более желательными векторами для генного таргетинга глиомы [iv]. Сравнительное исследование туморигенного действия hAT-МСК на различные источники стволовых клеток показало, что hAT-МСК проявили сходное туморигенное действие с БМ-МСК и НСК в тесте миграции Transwell in vitro и тесте миграции in vivo на глиому ствола мозга крысы (F98)[3]. hAT-МСК, введенные вдали от места опухоли, смогли мигрировать к глиоме и окружить ее; hAT-МСК, введенные непосредственно в опухоль, широко распространились в ложе опухоли, но не вторглись в нормальную ткань мозга [[v]]. Исследования трансфекции генов hAT-МСК показали, что, хотя эффективность трансфекции hAT-МСК была значительно повышена аденовирусными векторами, модифицированными аргинин-глицин-аспартатными волокнами, опухолевая способность hAT-МСК была снижена на 55% in vitro после аденовирусной трансфекции, а их способность отслеживать неинфильтрирующие опухоли глиомы была полностью утрачена in vivo. Причина этого может быть связана с тем, что вирусные белки аденовирус-трансфицированных hAT-МСК могли вызвать местный острый воспалительный ответ, в результате чего hAT-МСК были очищены иммунными клетками, что повлияло на их способность приживаться в опухоли. Это говорит о том, что аденовирусы первого поколения не подходят в качестве векторов для презентации генов в hAT-МСК, и что менее иммуногенные ретровирусы, лентивирусы, адено-ассоциированные вирусы или аденовирусные векторы второго поколения могут быть более идеальными векторными системами [6]. Последующие исследования показали, что hAT-МСК, несущие специфические терапевтические факторы через ретровирусы [[vi], [vii]], вирусы опухолей слизистых [[viii]] и ядерные трансфекции [5, [ix], [x]], не испытывают значительных изменений в способности противостоять опухолям и эффективны в своей противоопухолевой эффективности in vitro и in vivo. 2. hAT-МСК и ферменты/ противоопухолевые предшественники Комбинации ферментов/ противоопухолевых предшественников с использованием МСК в качестве клеточных носителей являются идеальной терапевтической стратегией для нацеливания опухолевых генов. МСК, генетически модифицированные для экспрессии специфических ферментов, могут мигрировать в опухоли и вокруг них и образовывать гэп-соединения с опухолевыми клетками [7], таким образом превращая относительно нетоксичные противоопухолевые пролекарства внутри опухолевых клеток в фармакологически активные цитотоксические препараты, которые убивают опухолевые клетки, эффективно избегая токсичности системного введения лекарств. Кроме того, пролекарства, переносимые МСК, могут убивать не только опухолевые клетки, но и сами пролиферирующие МСК [7], что обеспечивает безопасность МСК при лечении опухолей. В настоящее время изучаются три наиболее популярные комбинации ферментов и противоопухолевых препаратов: система вирус простого герпеса — тимидинкиназа (HSV-tk)/ганцикловир (GCV), дрожжевая цитозиндеаминаза::урацилфосфат рибозилтрансфераза (дрожжи). система цитозиндезаминаза::урацилфосфорибозилтрансфераза (CDy::UPRT)/5-фторцитозин (5-FC) и кроличья карбоксилэстераза (rCE)/иринотекан система иринотекан-7-этил-10-[4-(1-пиперидино)-1-пиперидино] карбонилоксикамптотецин (CPT-11). 2.1 hAT-МСК в комбинации с HSV-tk/GCV HSV-tk/GCV в настоящее время является наиболее широко используемой комбинацией ферментов и противоопухолевых препаратов [[xi]]. Как аналог пуринового нуклеозида, GCV не токсичен или обладает низкой токсичностью при поглощении HSV-tk-отрицательными клетками, но может фосфорилироваться тимидинкиназой до цитотоксичного продукта фосфорилирования в HSV-tk-положительных клетках, тем самым подавляя активность клеточной ДНК-полимеразы; или может быть включен в синтетическую ДНК как конкурентный ингибитор дезоксигуанозинтрифосфата, блокируя нить ДНК. Продукт фосфорилирования может быть включен в синтезируемую ДНК в качестве конкурентного ингибитора дезоксигуанозинтрифосфата, блокируя удлинение цепи ДНК, подавляя синтез клеточной ДНК и вызывая гибель клетки [11]. Хотя стратегия самоубийственной генной терапии с использованием комбинации HSV-TK/GCV была безопасной и эффективной в доклинических испытаниях, она была ограничена низкой скоростью трансфекции клеток-мишеней в клинических испытаниях [[xii]]. По этой причине было предложено использовать хемотаксические свойства опухолевых клеток, инфильтрирующих костный мозг, и НСК для повышения эффективности селективного воздействия HSV-tk/GCV на опухоли [[xiii], [xiv]]. Недавно исследования hAT-МСК с аналогичной опухолевой хемотаксической способностью, экспрессирующих HSV-TK (hAT-МСК-tk) в сочетании с GCV для лечения человеческих глиомы (8 MG-BA, 42 MG-BA и U-118 MG) показали, что морфологический, пролиферативный, иммунофенотипический и дифференцировочный потенциал hAT-МСК-tk остался неизменным после ретровирусных генетических модификаций. Дозозависимый цитотоксический эффект GCV наблюдался во всех трех клеточных линиях глиобластомы, особенно в 8-MG-BA [7]. hAT-MSCs-tk может оказывать побочное убивающее действие на клетки глиомы через межклеточные соединения, а также может действовать на пролиферирующие hAT-MSCs-tk самостоятельно через опосредованные GCV трансформационные суицидальные эффекты. Это эффективно убивает опухолевые клетки, избегая при этом потенциального стимулирующего рост опухоли эффекта пролиферации МСК. Кроме того, эффект байстендера, индуцированный hAT-MSCs-tk, также преодолевает титрование HSV-tk-опосредованного суицидального эффекта U-118 MG, предполагая, что опухолевые клетки, устойчивые к суицидальному эффекту, также могут быть мишенью для клеточных векторов, способных производить и высвобождать токсичные промежуточные продукты [7]. Если системное введение hAT-MSCs-tk в фазе экспоненциального роста опухоли приводило к уменьшению опухоли in vivo, то транскутанное введение hAT-MSCs-tk через хвостовую вену в фазе остановки роста опухоли или в более поздний период не подавляло рост опухоли, что может быть связано с неспособностью hAT-MSCs-tk интегрироваться с опухолевыми клетками или недостаточным количеством интегрированных клеток. hAT-MSCs-tk также подтверждается тем, что ген тимидинкиназы не мог быть обнаружен в ксенотрансплантатах опухолей после введения и до лечения GCV [7]. Это позволяет предположить, что низкая доля МСК, эффективно воздействующих на глиомы после системного введения, может быть одним из механизмов неспособности эффективно подавлять рост опухоли. 2.2 hAT-МСК в сочетании с CDy::UPRT/5-FC 5-Флуороурацил (5-FU) — химиотерапевтический препарат с широким противоопухолевым спектром, однако его широкое применение ограничено такими факторами, как тяжелые побочные эффекты и необходимость высоких концентраций препарата для эффективного действия [[xv]]. Поскольку дрожжевая цитозиндеза (CDy) способна превращать относительно нетоксичный 5-FC в цитотоксичный 5-FU с эффективностью, в 15 раз превышающей эффективность бактериальной CD, тяжелая системная токсичность 5-FU может быть преодолена путем генетического нацеливания на фермент/препарат Cdy/5-FC [[xvi]]. Более того, клетки, экспрессирующие ген слияния CDy::UPRT с двойной энергией, в 10 000 раз более чувствительны к 5-FC [[xvii]], что приводит к значительному увеличению прямого киллинга и побочного действия на опухолевые клетки. Таким образом, система CDy::UPRT/5-FC становится идеальной для эффективной противоопухолевой активности 5-FU и избежания системных токсических реакций. Исследования hAT-МСК, экспрессирующих ген самоубийства CDy::UPRT после ретровирусной трансфекции (hAT-МСК-CDy) для лечения глиомы (C6), показали, что hAT-МСК-CDy в отсутствие присутствия 5-ФК не оказывали никакого цитотоксического эффекта на клетки глиомы C6, но hAT-МСК-CDy в сочетании с 5-ФК могли убивают клетки глиомы C6 и даже субпопуляции клеток C6, устойчивые к 5-ФУ. После инъекции в контралатеральное полушарие опухоли суперпарамагнитные наночастицы оксида железа, меченные hAT-MSCs-CDy, мигрировали и проникали вглубь опухоли, эффективно подавляя ее рост. У некоторых из этих крыс опухоли исчезли, они прожили более 90 дней и показали увеличение веса, что говорит о том, что hAT-MSCs-Cdy/5-FC могут излечивать глиомы. Дальнейшие исследования показали дозозависимый эффект выживаемости без прогрессирования при использовании hAT-MSCs-CDy у крыс при условии ежедневного внутрибрюшинного введения 500 мг/кг 5-FC; выживаемость еще больше увеличивалась при непрерывной интрацеребровентрикулярной инфузии 5-FC и повторных инъекциях hAT-MSCs-CDy. hAT-MSCs-CDy-целевое лечение глиомы Это может быть связано с перицитоподобными свойствами hAT-МСК: hAT-МСК нацелены как на опухолевые эндотелиальные клетки, так и на перитуморальные клетки, оказывая синергическое ингибирование опухолевого ангиогенеза и роста опухоли, а также убивая стволовые клетки глиобластомы, расположенные в периваскулярных опухолевых гнездах [[xviii]]. Это говорит о том, что hAT-МСК, нацеленная на опухолевые пролекарства, суицидальная генная терапия является перспективным подходом для лечения глиобластомы. 2.3 hAT-МСК в комбинации с rCE / CPT-11 CPT-11 является небиологически активным противоопухолевым пролекарством, которое в присутствии CE может быть преобразовано в биологически активный и мощный ингибитор топоизомеразы I SN-38 (7-этил-10-гидроксикамптотецин, 7-ethyl-10-hydroxycamptothecin), который оказывает значительное цитотоксическое действие на опухолевые клетки. со значительной цитотоксичностью [[xix]]. Инъекция ядерно трансфицированных hAT-МСК, экспрессирующих РСЕ (hAT-МСК-rCE), в глиомы (F98), распределенные в ложе опухоли и на границе между опухолью и нормальной паренхимой мозга, преобразованные внутривенно CPT-11 в SN-38, эффективно подавляла рост глиомы и значительно продлевала медиану выживаемости у крыс с опухолями, но не оказывала существенного влияния на нормальную ткань мозга. Хотя продление времени выживания было статистически значимым, фактическое время продления (всего 5 дней) было ниже ожидаемого. Это может быть связано с тем, что использованная концентрация CPT-11 не была оптимальной или что применение одного агента было менее эффективным при глиомах ствола мозга [10]. 3. hAT-МСК и литические вирусы В последние годы литические вирусы стали новой горячей точкой исследований в лечении злокачественных опухолей мозга. Вирус миксомы (vMyx) — это новый литический вирус с широким противоопухолевым спектром действия, который относительно избирательно убивает опухолевые клетки, избегая повреждения нормальных нетрансформированных клеток. vMyx — специфический для кроликов вирус, не патогенный для позвоночных животных, включая человека, у которого отсутствует приобретенный иммунитет к нему. vMyx имеет узкий круг хозяев и не эффективен при инфицировании нормальных клеток, не относящихся к кроличьим. Он неэффективно заражает нормальные некроличьи клетки (например, нетрансформированные клетки мозга), но способен заражать и убивать глиобластомы человека. Однако его эффективность ограничена внутриопухолевым местом введения и не заражает и не убивает отдаленно инфильтрирующие клетки глиомы [[xx], [xxi]]. Недавние исследования показали, что vMyx способен эффективно заражать и реплицироваться внутри hAT-МСК, не оказывая существенного влияния на активность или опухолеродную способность hAT-МСК. hAT-МСК, экспрессирующие vMyx (hAT-МСК-vMyx), были способны выделять токсины в злокачественные клетки глиомы, что приводило к ядерной секвестрации (гибели клеток), торможению роста опухоли и продлению выживания у мышей, переносящих опухоли. Кроме того, многократные инъекции hAT-MSCs-vMyx еще больше повысили эффективность и продлили выживаемость мышей, переносящих опухоли, при этом около 20% мышей достигли выживания без болезни [8]. Таким образом, hAT-МСК могут быть использованы в качестве эффективного средства для лечения опухолей мозга с помощью vMyx. 4. hAT-МСК и фактор некроза опухоли-родственный апоптоз-индуцирующий лиганд (TRAIL) TRAIL является членом семейства белков фактора некроза опухоли, который может избирательно индуцировать апоптоз в опухолевых клетках, не вызывая повреждения нормальных клеток TRAIL активирует внешний p53-независимый путь путем связывания с двумя рецепторами смерти (DR) на поверхности клетки, DR4 (TRAIL-R1) и DR5 (TRAIL-R2/KILLER) [[xxiii]]. Уровень секреции TRAIL hAT-MSCs после ядерной трансфекции зависел от количества клеток и широко распространялся в ложе опухоли и ее интерфейсе с нормальной тканью мозга после инокуляции в опухоли, что привело к уменьшению объема опухоли на 56,3%, увеличению количества апоптотических опухолевых клеток в 3,03 раза и более чем 3-кратному увеличению выживаемости мышей-носителей опухолей, без какого-либо повреждения нормальной паренхимы мозга. У крыс, выживших в течение длительного времени, некоторые hAT-МСК начали экспрессировать маркеры нейрональной дифференцировки, но не маркеры мезенхимальных клеток [5], что позволяет предположить, что трансфицированные невирусным вектором hAT-МСК безопасны и эффективны для лечения глиомы ствола мозга. 5. hAT-МСК обладают сходным с НСК и БМ-МСК опухолеродным действием, а также имеют такие преимущества, как простота получения и выделения, высокое содержание, легкая генетическая модификация и аутологичная трансплантация. В то время как опухолеродная способность hAT-МСК была значительно снижена или даже утрачена после трансфекции аденовирусом, опухолеродная способность hAT-МСК существенно не изменилась после трансфекции ретровирусом, вирусом опухоли слизистой оболочки и ядерной трансфекции. Нетрансфицированные hAT-МСК не оказывали существенного влияния на рост глиомы и среднюю выживаемость мышей, несущих опухоль, что позволяет предположить, что hAT-МСК имеют хороший профиль безопасности в качестве клеточных векторов для генной терапии опухолей. Модифицированные hAT-МСК, несущие HSV-tk, CDy::UPRT и ферменты rCE, были эффективны против глиомы в сочетании с GCV, 5-FC и CPT-11, соответственно. hAT-МСК, несущие вирус лизиса опухоли и TRAIL, также показали хороший противоопухолевый эффект. Это говорит о том, что hAT-МСК имеют перспективное применение в генно-таргетном лечении глиомы, и, как ожидается, станут новой стратегией для полного уничтожения клеток глиомы и эффективным решением проблемы рецидива глиомы.