A daganat "pajzsának" fegyverré alakítása a daganat ellen.

Peter Insio Wang szerint a tumorsejtek „ravaszak”. Baljóslatú módszerekkel próbálják kikerülni az emberi immunválaszt, amely ezek ellen a rákos betolakodók ellen küzd. A tumorsejtek programozott halálligand 1 (PD-L1) molekulákat expresszálnak, amelyek védőpajzsként működnek, elnyomva immunsejtjeinket, akadályozva ezzel a célzott rákellenes immunterápiákat.

Wang, az Alfred E. Mann biomedikai mérnöki tanszék vezetője, valamint a Dwight C. és Hildagard E. Baum biomedikai mérnöki tanszék vezetője, egy olyan laboratóriumot vezet, amely az emberi immunrendszert kihasználva úttörő kutatásokat végez a rák elleni küzdelemben alkalmazható, mesterségesen létrehozott immunterápiák terén.

Wang laboratóriumában dolgozó kutatók egy új megközelítést fejlesztettek ki, amely a tumorsejt alattomos védekező mechanizmusait önmaga ellen fordítja, ezeket a „pajzs” molekulákat célpontokká alakítva Wang laboratóriumában kifejlesztett kiméra antigénreceptor (CAR) T-sejtek számára, amelyeket a rák megtámadására programoztak.

A Wang laboratóriumi posztdoktori munkatársa, Lingshan Zhu, Wang és Longwei Liu kutató, valamint társszerzőik által végzett munka az ACS Nano folyóiratban jelent meg.

A CAR T-sejtterápia egy forradalmi rákkezelési módszer, amelynek során a T-sejteket, egyfajta fehérvérsejtet, eltávolítják a betegből, és egyedi kiméra antigénreceptorral (CAR) látják el. A CAR a rákos sejtekhez kapcsolódó antigénekhez kötődik, és arra utasítja a T-sejteket, hogy elpusztítsák a rákos sejteket.

Wang laboratóriumának legújabb munkája egy CAR T-sejtekhez tervezett monobody, amelyet a csapat PDbody-nak nevez el, és amely a rákos sejtek PD-L1 fehérjéjéhez kötődik, lehetővé téve a CAR számára, hogy felismerje a tumorsejtet és blokkolja annak védekezését.

„Képzeld el a CAR-t úgy, mint egy igazi autót. Van motorod és benzined. De van féked is. Lényegében a motor és a benzin hajtja a CAR T-t, hogy előre mozogjon és elpusztítsa a daganatot. De a PD-L1 fékként működik, ami megállítja azt” – mondta Wang.

Ebben a munkában Zhu, Liu, Wang és csapata úgy módosította a T-sejteket, hogy blokkolják ezt a gátló "fék" mechanizmust, és a PD-L1 molekulát a megsemmisítés célpontjává tegyék.

„Ez a kiméra PDbody-CAR molekula képes arra, hogy a CAR T-sejtjeink megtámadják, felismerjék és elpusztítsák a tumort. Ugyanakkor blokkolja és megakadályozza, hogy a tumorsejt megállítsa a CAR T-sejt támadását. Ily módon a CAR T-sejtjeink erősebbek lesznek” – mondta Wang.

A CAR T-sejtes terápia a leghatékonyabb a „nedves” rákos megbetegedések, például a leukémia ellen. A kutatók előtt álló kihívás az volt, hogy olyan fejlett CAR T-sejteket fejlesszenek ki, amelyek képesek különbséget tenni a rákos és az egészséges sejtek között.

Wang laboratóriuma azt vizsgálja, hogyan lehetne a technológiát a daganatokra irányítani, hogy a CAR T-sejtek a daganat helyén aktiválódjanak anélkül, hogy az egészséges szöveteket érintenék.

Ebben a munkában a csapat az emlőrák egy rendkívül invazív formájára összpontosított, amely a PD-L1 fehérjét expresszálja. A PD-L1-et azonban más típusú sejtek is expresszálják. Ezért a kutatók a daganat egyedi mikro-környezetét – a daganatot közvetlenül körülvevő sejteket és mátrixokat – vizsgálták, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a tervezett PDbody specifikusabban kötődik-e a rákos sejtekhez.

„Tudjuk, hogy a tumor mikrokörnyezetének pH-értéke viszonylag alacsony – egy kicsit savas” – mondta Zhu. „Ezért azt szerettük volna, ha a PD-testünk jobb kötődési képességgel rendelkezik egy savas mikrokörnyezetben, ami segítene megkülönböztetni a tumorsejteket a környező sejtektől.”

A kezelés pontosságának javítása érdekében a csapat egy SynNotch nevű genetikai „kapu” rendszert alkalmazott, amely biztosítja, hogy a PDbody-val rendelkező CAR T-sejtek csak azokat a rákos sejteket támadják meg, amelyek egy másik, CD19 néven ismert fehérjét expresszálnak, csökkentve az egészséges sejtek károsodásának kockázatát.

„Egyszerűen fogalmazva, a T-sejtek csak a tumor helyén aktiválódnak a SynNotch kapurendszernek köszönhetően” – mondta Zhu. „Nemcsak a pH savasabb, hanem a tumorsejt felszíne is meghatározza, hogy a T-sejt aktiválódik-e, így két szintű kontrollt biztosítva.”

Zhu megjegyezte, hogy a csapat egérmodellt használt, és az eredmények azt mutatták, hogy a SynNotch kapuzórendszer a PDbody-val rendelkező CAR T-sejteket csak a tumor helyén aktiválja, elpusztítva a tumorsejteket, miközben biztonságos marad az állat más részei számára.

Egy evolúció által inspirált folyamat a PDbody létrehozásához

A csapat számítógépes módszereket használt, és az evolúció folyamatából merített ihletet specializált PD-testek létrehozásához. Az irányított evolúció egy olyan folyamat, amelyet a biomedicinális mérnöki tudományokban alkalmaznak a természetes szelekció folyamatának laboratóriumi környezetben történő utánzására.

A kutatók létrehoztak egy irányított evolúciós platformot, amely a tervezett fehérje iterációinak hatalmas könyvtárával rendelkezik, hogy felfedezzék, melyik verzió lehet a leghatékonyabb.

„Valami olyasmit kellett létrehoznunk, ami felismeri a PD-L1-et a tumor felszínén” – mondta Wang.

„Irányított evolúció segítségével nagyszámú különböző monobody mutációt választottunk ki, hogy kiválasszuk, melyik kötődik a PD-L1-hez. A kiválasztott változat olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek nemcsak a tumor PD-L1-jét ismerik fel, hanem blokkolják a fékező mechanizmusát is, majd a CAR T-sejtet a tumor felszínére irányítják, hogy megtámadják és elpusztítsák a tumorsejteket.”

„Képzeljük el, hogy egy nagyon specifikus halat szeretnénk találni az óceánban – ez nagyon nehéz lenne” – mondta Liu. „De most, az általunk kifejlesztett irányított evolúciós platformmal, van egy módunk arra, hogy ezeket a specifikus fehérjéket a megfelelő funkcióval halásszuk ki.”

A kutatócsoport jelenleg azt vizsgálja, hogyan optimalizálhatók a fehérjék, hogy még pontosabb és hatékonyabb CAR T-sejteket hozzanak létre, mielőtt klinikai alkalmazásokba kerülnének. Ez magában foglalja a fehérjék integrálását Wang laboratóriumának áttörést jelentő, fókuszált ultrahangos alkalmazásaival is, hogy távolról vezérelhessék a CAR T-sejteket, így azok csak a tumoros helyeken aktiválódjanak.

„Most már rendelkezésünkre állnak ezek a genetikai eszközök, amelyekkel manipulálhatjuk, irányíthatjuk és programozhatjuk ezeket az immunsejteket, hogy ilyen nagy erővel és funkcióval rendelkezzenek” – mondta Wang. „Reméljük, hogy új módszereket tudunk létrehozni a működésük irányítására a különösen kihívást jelentő szilárd tumorkezelések során.”