Претварање туморског „штита“ у оружје против самог тумора

Према речима Питера Инсија Ванга, туморске ћелије су „лукаве“. Оне имају злокобне начине да избегну људске имунолошке одговоре који се боре против ових канцерогених освајача. Туморске ћелије експресују молекуле програмираног лиганда смрти 1 (PD-L1), који делују као заштитни штит који сузбија наше имунске ћелије, стварајући препреку циљаним имунотерапијама рака.

Ванг, носилац катедре Алфред Е. Ман за биомедицински инжењеринг и носилац катедре Двајта К. и Хилдагард Е. Баум за биомедицински инжењеринг, води лабораторију посвећену пионирским истраживањима инжењерских имунотерапија које користе људски имуни систем како би створиле будући арсенал у борби против рака.

Истраживачи у Ванговој лабораторији развили су нови приступ који окреће подмукле одбрамбене механизме туморских ћелија против саме себе, претварајући ове молекуле „штита“ у мете за Вангове лабораторијски пројектоване химерне антигенске рецепторе (CAR) Т ћелије програмиране да нападају рак.

Рад, који је спровео Вангов постдокторски сарадник Лингшан Жу, заједно са Вангом, истраживачем Лонгвеи Лиуом и њиховим коауторима, објављен је у часопису ACS Nano.

CAR Т-ћелијска терапија је револуционарни третман рака у којем се Т ћелије, врста белих крвних зрнаца, уклањају из пацијента и даје им се јединствени химерни антигенски рецептор (CAR). CAR се везује за антигене повезане са ћелијама рака, усмеравајући Т ћелије да убијају ћелије рака.

Најновији рад из Вангове лабораторије је дизајнирано монотело за CAR Т ћелије, које тим назива PDbody, које се везује за PD-L1 протеин на ћелији рака, омогућавајући CAR-у да препозна ћелију тумора и блокира њену одбрану.

„Замислите CAR као прави аутомобил. Имате мотор и гас. Али имате и кочницу. У суштини, мотор и гас гурају CAR T да се креће напред и уништи тумор. Али PD-L1 делује као кочница која га зауставља“, рекао је Ванг.

У овом раду, Жу, Лиу, Ванг и тим су пројектовали Т ћелије да блокирају овај инхибиторни механизам „кочнице“ и учине молекул PD-L1 метом за уништење.

„Овај химерни молекул PDbody-CAR може натерати наше CAR T ћелије да нападну, препознају и убију тумор. Истовремено, блокираће и спречиће туморску ћелију да заустави напад CAR T ћелија. На овај начин, наше CAR T ћелије ће бити моћније“, рекао је Ванг.

Терапија CAR Т-ћелијама је најефикаснија против „влажних“ карцинома као што је леукемија. Изазов за истраживаче је био да развију напредне CAR Т ћелије које могу да разликују ћелије рака од здравих ћелија.

Вангова лабораторија истражује начине да усмери технологију на туморе тако да се CAR T ћелије активирају на месту тумора без утицаја на здраво ткиво.

У овом раду, тим се фокусирао на високо инвазивни облик рака дојке који експресује протеин PD-L1. Међутим, PD-L1 експресују и друге врсте ћелија. Стога су истраживачи испитали јединствено микроокружење тумора – ћелије и матрице које непосредно окружују тумор – како би осигурали да ће се њихово дизајнирано PD тело специфичније везати за ћелије рака.

„Знамо да је pH вредност у микроокружењу тумора релативно ниска - мало је кисело“, рекао је Жу. „Зато смо желели да наше ПД тело има бољу способност везивања у киселом микроокружењу, што би помогло нашем ПД телу да разликује туморске ћелије од других околних ћелија.“

Да би се побољшала прецизност лечења, тим је користио генетски систем „капије“ назван SynNotch, који осигурава да CAR T ћелије са PDbody нападају само ћелије рака које експримирају другачији протеин познат као CD19, смањујући ризик од оштећења здравих ћелија.

„Једноставно речено, Т ћелије ће бити активиране само на месту тумора захваљујући овом SynNotch систему капија“, рекао је Жу. „Не само да је pH вредност киселија, већ ће површина туморских ћелија одредити да ли ће се Т ћелија активирати, дајући нам два нивоа контроле.“

Жу је напоменуо да је тим користио модел миша, а резултати су показали да систем за активирање SynNotch усмерава CAR T ћелије са PDbody да се активирају само на месту тумора, убијајући туморске ћелије док остају безбедне за друге делове животиње.

Процес инспирисан еволуцијом за стварање PDbody-а

Тим је користио рачунарске методе и инспирацију црпео из процеса еволуције како би створио своја специјализована ПД тела. Усмерена еволуција је процес који се користи у биомедицинском инжењерству за имитирање процеса природне селекције у лабораторијским условима.

Истраживачи су креирали платформу за усмерену еволуцију са огромном библиотеком итерација свог дизајнираног протеина како би открили која верзија би могла бити најефикаснија.

„Морали смо да створимо нешто што би препознало PD-L1 на површини тумора“, рекао је Ванг.

„Користећи усмерену еволуцију, одабрали смо велики број различитих монотелесних мутација како бисмо изабрали која ће се везати за PD-L1. Одабрана верзија има ове карактеристике које не само да могу препознати туморски PD-L1, већ и блокирати механизам кочења који он има, а затим усмерити CAR T ћелију на површину тумора да нападне и убије туморске ћелије.“

„Замислите да желите да пронађете веома специфичну рибу у океану – то би било заиста тешко“, рекао је Лиу. „Али сада, уз помоћ платформе за усмерену еволуцију коју смо развили, имамо начин да извучемо ове специфичне протеине са правом функцијом.“

Истраживачки тим сада истражује како да оптимизује протеине како би створио још прецизније и ефикасније CAR T ћелије пре него што пређе на клиничку примену. Ово такође укључује интеграцију протеина са револуционарним ултразвучним апликацијама Вангове лабораторије за даљинско управљање CAR T ћелијама тако да се активирају само на местима тумора.

„Сада имамо све ове генетске алате за манипулацију, контролу и програмирање ових имуних ћелија да имају толико моћи и функције“, рекао је Ванг. „Надамо се да ћемо створити нове начине за усмеравање њихове функције за посебно захтевне третмане солидних тумора.“