Naviko "skydo" pavertimas ginklu prieš patį naviką

Pasak Peterio Insio Wango, naviko ląstelės yra „gudrios“. Jos turi klastingų būdų, kaip išvengti žmogaus imuninio atsako, kovojančio su šiais vėžiniais įsibrovėliais. Naviko ląstelės ekspresuoja užprogramuoto mirties ligando 1 (PD-L1) molekules, kurios veikia kaip apsauginis skydas, slopinantis mūsų imunines ląsteles ir sudarantis kliūtį tikslinei vėžio imunoterapijai.

Wangas, Alfredo E. Manno biomedicininės inžinerijos katedros vedėjas ir Dwighto C. bei Hildagard E. Baumo biomedicininės inžinerijos katedros vedėjas, vadovauja laboratorijai, skirtai novatoriškiems inžinerinės imunoterapijos, pasitelkiančios žmogaus imuninę sistemą, tyrimams, siekiant sukurti būsimą kovos su vėžiu arsenalą.

Wango laboratorijos tyrėjai sukūrė naują metodą, kuris paverčia naviko ląstelės klastingus gynybos mechanizmus prieš save, paversdamas šias „skydo“ molekules taikiniais Wango laboratorijoje sukurtoms chimerinėms antigenų receptorių (CAR) T ląstelėms, užprogramuotoms pulti vėžį.

Darbas, kurį atliko Wango laboratorijos podoktorantūros bendradarbis Lingshanas Zhu kartu su Wangu, tyrėju Longwei Liu ir jų bendraautoriais, buvo paskelbtas žurnale ACS Nano.

CAR T ląstelių terapija yra revoliucinis vėžio gydymo metodas, kurio metu iš paciento pašalinamos T ląstelės, baltųjų kraujo kūnelių rūšis, ir joms suteikiamas unikalus chimerinis antigenų receptorius (CAR). CAR jungiasi prie su vėžio ląstelėmis susijusių antigenų, nukreipdamas T ląsteles naikinti vėžio ląsteles.

Naujausias Wango laboratorijos darbas – sukurtas monokūnas CAR T ląstelėms, kurį komanda vadina PDkūnu. Jis jungiasi prie vėžio ląstelės PD-L1 baltymo, leisdamas CAR atpažinti naviko ląstelę ir blokuoti jos apsaugą.

„Įsivaizduokite CAR kaip tikrą automobilį. Jūs turite variklį ir benziną. Bet jūs taip pat turite stabdį. Iš esmės variklis ir benzinas stumia CAR T judėti į priekį ir naikina naviką. Tačiau PD-L1 veikia kaip stabdys, kuris jį sustabdo“, – sakė Wang.

Šiame darbe Zhu, Liu, Wang ir komanda sukūrė T ląsteles, kad blokuotų šį slopinantį „stabdymo“ mechanizmą ir paverstų PD-L1 molekulę sunaikinimo taikiniu.

„Ši chimerinė PDbody-CAR molekulė gali priversti mūsų CAR T ląsteles atakuoti, atpažinti ir sunaikinti naviką. Tuo pačiu metu ji blokuos ir neleis naviko ląstelei sustabdyti CAR T ląstelių atakos. Tokiu būdu mūsų CAR T ląstelės bus galingesnės“, – sakė Wang.

CAR T ląstelių terapija veiksmingiausia kovojant su „šlapiaisiais“ vėžio tipais, tokiais kaip leukemija. Tyrėjų iššūkis buvo sukurti pažangias CAR T ląsteles, kurios galėtų atskirti vėžines ir sveikas ląsteles.

Wango laboratorija tyrinėja būdus, kaip nukreipti technologiją į navikus, kad CAR T ląstelės būtų aktyvuotos naviko vietoje, nepažeidžiant sveikų audinių.

Šiame darbe komanda daugiausia dėmesio skyrė labai invazinei krūties vėžio formai, kuri ekspresuoja baltymą PD-L1. Tačiau PD-L1 taip pat ekspresuoja ir kitų tipų ląstelės. Todėl tyrėjai išnagrinėjo unikalią naviko mikroaplinką – ląsteles ir matricas, esančias tiesiai aplink naviką, – siekdami užtikrinti, kad jų sukurtas PDkūnas specifiškiau jungtųsi prie vėžio ląstelių.

„Žinome, kad naviko mikroaplinkos pH yra santykinai žemas – ji šiek tiek rūgšti“, – sakė Zhu. „Todėl norėjome, kad mūsų PDkūnas geriau jungtųsi rūgštinėje mikroaplinkoje, o tai padėtų mūsų PDkūnui atskirti naviko ląsteles nuo kitų aplinkinių ląstelių.“

Siekdama pagerinti gydymo tikslumą, komanda naudojo genetinę „vartų“ sistemą, vadinamą „SynNotch“, kuri užtikrina, kad CAR T ląstelės su PDkūnu atakuotų tik vėžio ląsteles, ekspresuojančias kitą baltymą, vadinamą CD19, taip sumažinant sveikų ląstelių pažeidimo riziką.

„Paprastai tariant, T ląstelės bus aktyvuojamos tik naviko vietoje dėl šios „SynNotch“ vartų sistemos“, – sakė Zhu. „pH ne tik tampa rūgštesnis, bet ir naviko ląstelių paviršius nulems, ar T ląstelės bus aktyvuotos, todėl turime du kontrolės lygius.“

Zhu pažymėjo, kad komanda naudojo pelės modelį, o rezultatai parodė, kad „SynNotch“ valdymo sistema nukreipia CAR T ląsteles su PDbody aktyvuotis tik naviko vietoje, naikindama naviko ląsteles, tuo pačiu likdama saugi kitoms gyvūno dalims.

Evoliucijos įkvėptas PDbody kūrimo procesas

Komanda, kurdama specializuotus PDkūnus, naudojo skaičiavimo metodus ir įkvėpimo sėmėsi iš evoliucijos proceso. Kryptinga evoliucija – tai procesas, naudojamas biomedicininėje inžinerijoje, siekiant imituoti natūralios atrankos procesą laboratorinėje aplinkoje.

Tyrėjai sukūrė nukreiptos evoliucijos platformą su milžiniška savo sukurto baltymo iteracijų biblioteka, kad išsiaiškintų, kuri versija gali būti veiksmingiausia.

„Mums reikėjo sukurti kažką, kas atpažintų PD-L1 ant naviko paviršiaus“, – sakė Wang.

„Naudodami nukreiptą evoliuciją, atrinkome daug skirtingų monokūninių mutacijų, kad pasirinktume, kuri iš jų prisijungtų prie PD-L1. Pasirinkta versija turi šias savybes, kurios gali ne tik atpažinti naviko PD-L1, bet ir blokuoti jo stabdymo mechanizmą, o tada nukreipti CAR T ląstelę į naviko paviršių, kad ji pultų ir sunaikintų naviko ląsteles.“

„Įsivaizduokite, jei norėtumėte vandenyne rasti labai specifinę žuvį – tai būtų tikrai sunku“, – sakė Liu. „Tačiau dabar, su mūsų sukurta nukreiptos evoliucijos platforma, turime būdą, kaip išžvejoti šiuos specifinius baltymus su tinkama funkcija.“

Mokslininkų komanda dabar tyrinėja, kaip optimizuoti baltymus, kad būtų sukurtos dar tikslesnės ir efektyvesnės CAR T ląstelės prieš pradedant jas taikyti klinikinėje praktikoje. Tai taip pat apima baltymų integravimą su Wango laboratorijos proveržio ultragarso programomis, skirtomis nuotoliniu būdu valdyti CAR T ląsteles, kad jos būtų aktyvuojamos tik naviko vietose.

„Dabar turime visus šiuos genetinius įrankius, skirtus manipuliuoti, kontroliuoti ir programuoti šias imunines ląsteles, kad jos turėtų tiek daug galios ir funkcijų“, – sakė Wang. „Tikimės sukurti naujų būdų, kaip nukreipti jų funkciją ypač sudėtingiems kietųjų navikų gydymo būdams.“