Бактериальные инфекции, приводящие к нарушению функций органов, в том числе пневмония и менингит, остаются одной из основных причин смертности.
Клиническая неудача антибиотикотерапии зачастую обусловлена не столько отсутствием антимикробной активности как таковой, сколько недостаточным удалением патогенов из инфицированных тканей и иммунных клеток, где бактерии могут сохраняться, несмотря на лечение. Эти ограничения усугубляются антимикробной резистентностью и иммунной дисфункцией, вызванной инфекцией, создавая двойной барьер на пути эффективной терапии.
Макрофаги играют центральную роль в антибактериальном иммунитете, однако всё больше клинических данных указывает на то, что во время развившейся инфекции они переходят в состояние функциональной недостаточности, а не защитного действия. Тем не менее, растущее число клинических данных свидетельствует о том, что функция макрофагов во время инфекции чаще нарушена, чем гиперактивирована. Эта дисфункция выявляет ключевое ограничение стратегий антибактериальной терапии. Системная иммуностимуляция чревата риском обострения воспаления, тогда как антибиотики зачастую не способны проникнуть во внутриклеточные ниши.
Клеточные терапевтические подходы представляют собой привлекательную альтернативу, поскольку используют врождённые способности иммунных клеток к миграции в ткани и взаимодействию с патогенами, однако их эффективность по сути ограничена, если сами клетки функционально нарушены. Эти ограничения подчеркивают необходимость разработки терапевтических стратегий, которые позволяют обойти иммунную дисфункцию, сохраняя при этом естественную способность иммунных клеток к нацеливанию.
Антибактериальные методы лечения на основе макрофагов, реализуемые посредством генной инженерии или модуляции с использованием наночастиц, привлекают всё большее внимание, поскольку макрофаги играют центральную роль в распознавании бактерий, фагоцитозе и их удалении. Однако эти подходы зачастую не позволяют решить проблему нарушенной способности к распознаванию и удалению бактерий, наблюдаемой при тяжёлых инфекциях, и обладают ограниченной способностью уничтожать персистирующие внутриклеточные бактерии внутри макрофагов.
Мембранофузионные липосомы (MFL) представляют собой быструю и эффективную негенетическую стратегию модификации иммунных клеток. По сравнению с вирусными подходами или методами редактирования генома они отличаются большей простотой и имеют более высокий трансляционный потенциал. Тем не менее, они в первую очередь служат инженерным инструментом и сами по себе не обеспечивают способности к бактериоспецифическому таргетированию. Белки, связывающиеся с рецепторами (RBP), полученные из бактериофагов, демонстрируют высокую специфичность по отношению к поверхностным рецепторам бактерий, однако сама по себе RBP-опосредованная нацеленность имеет ограниченную эффективность при лечении тяжелых и осложненных инфекций, таких как менингит. Поэтому интеграция инженерии макрофагов, RBP-опосредованной нацеленности на бактерии и внутриклеточной доставки антибиотиков может стать более комплексной стратегией борьбы с тяжелыми бактериальными инфекциями.
Исследовательская группа из Вэньчжоуского медицинского университета (Китай) разработала негенетическую стратегию инженерии иммунных клеток, которая перепрограммирует поверхность макрофагов, обеспечивая специфическое распознавание патогенов и внутриклеточную доставку антибиотиков. Ученые показали, что с помощью MFL можно одновременно доставлять два функциональных компонента:
(i) RBP, полученные из бактериофагов, для специфического распознавания патогенов, и
(ii) ядра, наполненные антибиотиком, для внутриклеточного высвобождения лекарственного средства.
Такая конструкция превращает макрофаги в программируемые антибактериальные эффекторы, сохраняя при этом их жизнеспособность и способность к миграции. Для обеспечения селективного распознавания патогенов поверхность липосом функционализируется с помощью RBP, полученных из бактериофагов. RBP из фага P545 Klebsiella pneumoniae и фага Sb-1 Staphylococcus aureus обеспечивают селективное распознавание K. pneumoniae и S. aureus соответственно.
Благодаря объединению специфического распознавания патогенов с внутриклеточной доставкой антибиотиков данный подход отделяет нацеливание на бактерии от эндогенных состояний активации макрофагов, что позволяет модифицированным макрофагам эффективно функционировать в микроокружении инфекции при иммуносупрессии. Используя эту стратегию, авторы продемонстрировали целевую терапевтическую эффективность in vivo на мышиных моделях пневмонии, вызванной K. pneumoniae, и менингита, вызванного S. aureus. Важно отметить, что, поскольку эта стратегия реализуется на поверхности клетки и не зависит от генетической модификации или иммунной сигнализации, модифицированные макрофаги сохраняют естественные механизмы миграции, приобретая при этом новые антибактериальные функции. «Этот подход превращает макрофаги в программируемые антибактериальные клетки без изменения их генома», — пояснили исследователи. «Процесс модификации является быстрым, модульным и сохраняет естественные биологические свойства клеток».
Секвенирование РНК отдельных клеток дополнительно показало, что терапия устранила связанную с инфекцией иммунную дисфункцию за счет восстановления презентации антигенов макрофагами, улучшения взаимодействия иммунных клеток и снижения истощения Т-клеток, тем самым координируя как врождённый, так и адаптивный иммунные ответы в процессе ликвидации инфекции. Важно отметить, что исследователи наблюдали благоприятные краткосрочные показатели биобезопасности. Модифицированные макрофаги демонстрировали минимальную иммуногенность после повторного введения, и у пролеченных животных не обнаруживалось выраженной токсичности в отношении печени и почек.
Поскольку данная платформа основана на инженерии мембранных интерфейсов, а не на постоянной генетической модификации, она предлагает ряд потенциальных преимуществ для клинического применения, включая быструю подготовку, модульную специфичность против патогенов и снижение рисков, связанных с биобезопасностью. Различные белки, связывающиеся с рецепторами бактериофагов, могут быть включены для воздействия на разные виды бактерий без необходимости перепроектирования общей инженерной платформы. Исследователи полагают, что эта стратегия программируемой инженерии иммунных клеток может стать универсальной платформой для лечения тяжелых бактериальных инфекций, особенно тех, которые связаны с иммуносупрессией, внутриклеточными патогенами или инфекциями, возникающими в труднодоступных органах, таких как легкие и мозг.
