Превръщане на "щита" на тумора в оръжие срещу самия тумор

Според Питър Инсио Уанг, туморните клетки са „хитри“. Те имат зловещи начини да избягват човешките имунни отговори, които се борят срещу тези ракови нашественици. Туморните клетки експресират молекули програмиран смъртоносен лиганд 1 (PD-L1), които действат като защитен щит, потискащ имунните ни клетки, създавайки пречка за целенасочените имунотерапии срещу рак.

Уанг, носител на катедрата „Алфред Е. Ман“ по биомедицинско инженерство и носител на катедрата „Дуайт К. и Хилдагард Е. Баум“ по биомедицинско инженерство, ръководи лаборатория, посветена на пионерски изследвания в областта на инженерните имунотерапии, които използват човешката имунна система, за да създадат бъдещ арсенал в борбата срещу рака.

Изследователи в лабораторията на Уанг са разработили нов подход, който обръща коварните защитни механизми на туморните клетки срещу самите тях, превръщайки тези „щитови“ молекули в мишени за лабораторно проектираните химерни антигенни рецептори (CAR) Т-клетки на Уанг, програмирани да атакуват рака.

Работата, проведена от постдокторанта Линшан Джу в лабораторията на Уанг, заедно с Уанг, изследователя Лонгвей Лиу и техните съавтори, беше публикувана в списанието ACS Nano.

CAR Т-клетъчната терапия е революционно лечение на рак, при което Т-клетките, вид бели кръвни клетки, се отстраняват от пациента и им се поставя уникален химерен антигенен рецептор (CAR). CAR се свързва с антигени, свързани с раковите клетки, насочвайки Т-клетките да убиват раковите клетки.

Най-новата работа от лабораторията на Уанг е проектирано монотяло за CAR T клетки, което екипът нарича PDbody, което се свързва с PD-L1 протеина върху ракова клетка, позволявайки на CAR да разпознае туморната клетка и да блокира нейните защитни сили.

„Представете си CAR като истинска кола. Имате двигател и газ. Но имате и спирачка. По същество двигателят и газта тласкат CAR T да се движи напред и да убие тумора. Но PD-L1 действа като спирачка, която го спира“, каза Уанг.

В тази работа, Джу, Лиу, Уанг и екипът са проектирали Т-клетки, които блокират този инхибиторен "спирачен" механизъм и превръщат молекулата PD-L1 в мишена за унищожаване.

„Тази химерна молекула PDbody-CAR може да накара нашите CAR T клетки да атакуват, разпознават и убиват тумора. В същото време тя ще блокира и ще попречи на туморната клетка да спре атаката на CAR T клетките. По този начин нашите CAR T клетки ще бъдат по-мощни“, каза Уанг.

CAR T-клетъчната терапия е най-ефективна срещу „влажни“ видове рак, като левкемия. Предизвикателството пред изследователите е било да разработят усъвършенствани CAR T клетки, които могат да различават раковите от здравите клетки.

Лабораторията на Уанг проучва начини за насочване на технологията към тумори, така че CAR T клетките да се активират на мястото на тумора, без да се засягат здравите тъкани.

В тази работа екипът се фокусира върху силно инвазивна форма на рак на гърдата, която експресира протеина PD-L1. PD-L1 обаче се експресира и от други видове клетки. Затова изследователите са изследвали уникалната туморна микросреда – клетките и матриците, непосредствено обграждащи тумора – за да се уверят, че проектираното от тях PDтяло ще се свърже по-специфично с раковите клетки.

„Знаем, че pH в туморната микросреда е относително ниско - малко киселинно е“, каза Джу. „Затова искахме нашето PDтяло да има по-добра способност за свързване в киселинна микросреда, което би помогнало на нашето PDтяло да различи туморните клетки от другите околни клетки.“

За да подобри прецизността на лечението, екипът използва генетична "гейт" система, наречена SynNotch, която гарантира, че CAR T клетките с PDbody атакуват само ракови клетки, експресиращи различен протеин, известен като CD19, намалявайки риска от увреждане на здравите клетки.

„Просто казано, Т-клетките ще се активират само на мястото на тумора благодарение на тази SynNotch гейт система“, каза Джу. „Не само pH е по-киселинно, но и повърхността на туморните клетки ще определи дали Т-клетките ще бъдат активирани, което ни дава две нива на контрол.“

Джу отбеляза, че екипът е използвал миши модел и резултатите показват, че системата за гейтиране SynNotch насочва CAR T клетките с PDbody да се активират само на мястото на тумора, убивайки туморните клетки, като същевременно оставайки безопасни за други части на животното.

Вдъхновен от еволюцията процес за създаване на PDbody

Екипът използва изчислителни методи и се вдъхновява от процеса на еволюция, за да създаде своите специализирани PD-тела. Насочената еволюция е процес, използван в биомедицинското инженерство, за да имитира процеса на естествен подбор в лабораторна обстановка.

Изследователите създадоха платформа за насочена еволюция с гигантска библиотека от итерации на проектирания от тях протеин, за да открият коя версия може да е най-ефективна.

„Трябваше да създадем нещо, което да разпознава PD-L1 на повърхността на тумора“, каза Уанг.

„Използвайки насочена еволюция, ние избрахме голям брой различни монотялови мутации, за да изберем коя от тях да се свърже с PD-L1. Избраната версия има тези характеристики, които не само могат да разпознаят туморния PD-L1, но и да блокират спирачния механизъм, който той има, и след това да насочат CAR T клетката към повърхността на тумора, за да атакуват и убиват туморните клетки.“

„Представете си, че искате да намерите много специфична риба в океана – това би било наистина трудно“, каза Лиу. „Но сега с платформата за насочена еволюция, която сме разработили, имаме начин да извлечем тези специфични протеини с правилната функция.“

Изследователският екип сега проучва как да оптимизира протеините, за да създаде още по-прецизни и ефективни CAR T клетки, преди да премине към клинични приложения. Това включва и интегриране на протеините с революционните ултразвукови приложения на лабораторията на Уанг за дистанционно управление на CAR T клетки, така че те да се активират само в туморни места.

„Сега разполагаме с всички тези генетични инструменти, за да манипулираме, контролираме и програмираме тези имунни клетки, за да имат толкова голяма сила и функция“, каза Уанг. „Надяваме се да създадем нови начини за насочване на тяхната функция за особено трудни лечения на солидни тумори.“