Audzēja "vairoga" pārvēršana par ieroci pret pašu audzēju

Pēc Pītera Insio Vanga teiktā, audzēja šūnas ir “viltīgas”. Tām ir draudīgi veidi, kā izvairīties no cilvēka imūnās atbildes, kas cīnās pret šiem vēža iebrucējiem. Audzēja šūnas ekspresē ieprogrammētas nāves liganda 1 (PD-L1) molekulas, kas darbojas kā aizsargvairogs, kas nomāc mūsu imūnās šūnas, radot šķērsli mērķtiecīgai vēža imunoterapijai.

Vangs, Alfreda E. Manna biomedicīnas inženierijas katedras vadītājs un Dvaita C. un Hildagardas E. Baumu biomedicīnas inženierijas katedras vadītājs, vada laboratoriju, kas veltīta novatoriskiem pētījumiem par inženierijas imunoterapiju, kas izmanto cilvēka imūnsistēmu, lai izveidotu nākotnes arsenālu cīņā pret vēzi.

Vanga laboratorijas pētnieki ir izstrādājuši jaunu pieeju, kas pārvērš audzēja šūnas mānīgos aizsardzības mehānismus pret sevi, pārvēršot šīs "vairoga" molekulas par mērķiem Vanga laboratorijas inženierijas ceļā izveidotajām himēriskajām antigēnu receptoru (CAR) T šūnām, kas ieprogrammētas uzbrukt vēzim.

Darbs, ko veica Vanga laboratorijas pēcdotorantūras students Lingshans Džu kopā ar Vangu, pētnieku Longveju Liu un viņu līdzautoriem, tika publicēts žurnālā ACS Nano.

CAR T šūnu terapija ir revolucionāra vēža ārstēšanas metode, kurā no pacienta tiek izņemtas T šūnas, kas ir balto asinsķermenīšu veids, un tām tiek piešķirts unikāls himērisks antigēnu receptors (CAR). CAR saistās ar ar vēža šūnām saistītiem antigēniem, liekot T šūnām iznīcināt vēža šūnas.

Jaunākais Vanga laboratorijas darbs ir izstrādāts monobody CAR T šūnām, ko komanda sauc par PDbody, kas saistās ar PD-L1 proteīnu vēža šūnā, ļaujot CAR atpazīt audzēja šūnu un bloķēt tās aizsardzību.

"Iedomājieties CAR kā īstu automašīnu. Jums ir dzinējs un degviela. Bet jums ir arī bremzes. Būtībā dzinējs un degviela spiež CAR T kustēties uz priekšu un iznīcināt audzēju. Bet PD-L1 darbojas kā bremze, kas to aptur," sacīja Vangs.

Šajā darbā Džu, Liu, Vans un komanda izstrādāja T šūnas, lai bloķētu šo inhibējošo "bremzēšanas" mehānismu un padarītu PD-L1 molekulu par iznīcināšanas mērķi.

"Šī himēriskā PDbody-CAR molekula var likt mūsu CAR T šūnām uzbrukt, atpazīt un iznīcināt audzēju. Vienlaikus tā bloķēs un neļaus audzēja šūnai apturēt CAR T šūnu uzbrukumu. Tādā veidā mūsu CAR T šūnas būs spēcīgākas," sacīja Vangs.

CAR T šūnu terapija ir visefektīvākā pret "mitrā" vēža veidiem, piemēram, leikēmiju. Pētnieku izaicinājums ir bijis izstrādāt progresīvas CAR T šūnas, kas spēj atšķirt vēža šūnas no veselām šūnām.

Vanga laboratorija pēta veidus, kā mērķēt tehnoloģiju uz audzējiem, lai CAR T šūnas tiktu aktivizētas audzēja vietā, neietekmējot veselos audus.

Šajā darbā komanda koncentrējās uz ļoti invazīvu krūts vēža formu, kas ekspresē proteīnu PD-L1. Tomēr PD-L1 ekspresē arī cita veida šūnas. Tāpēc pētnieki pētīja unikālo audzēja mikrovidi – šūnas un matrices, kas tieši ieskauj audzēju –, lai pārliecinātos, ka viņu izstrādātais PDbody specifiskāk saistās ar vēža šūnām.

"Mēs zinām, ka pH līmenis audzēja mikrovidē ir relatīvi zems — tā ir nedaudz skāba," sacīja Džu. "Tāpēc mēs vēlējāmies, lai mūsu PDķermenim būtu labāka saistīšanās spēja skābā mikrovidē, kas palīdzētu mūsu PDķermenim atšķirt audzēja šūnas no citām apkārtējām šūnām."

Lai uzlabotu ārstēšanas precizitāti, komanda izmantoja ģenētisku "vārtu" sistēmu, ko sauc par SynNotch, kas nodrošina, ka CAR T šūnas ar PDbody uzbrūk tikai vēža šūnām, kas ekspresē citu olbaltumvielu, kas pazīstama kā CD19, tādējādi samazinot veselīgu šūnu bojājuma risku.

"Vienkārši sakot, T šūnas tiks aktivizētas tikai audzēja vietā, pateicoties šai SynNotch vārtu sistēmai," sacīja Džu. "pH līmenis ir ne tikai skābāks, bet arī audzēja šūnu virsma noteiks, vai T šūnas tiks aktivizētas, dodot mums divus kontroles līmeņus."

Džu atzīmēja, ka komanda izmantoja peles modeli, un rezultāti parādīja, ka SynNotch vārtu sistēma vada CAR T šūnas ar PDbody aktivizēties tikai audzēja vietā, iznīcinot audzēja šūnas, vienlaikus saglabājot drošību citām dzīvnieka daļām.

Evolūcijas iedvesmots process PDbody izveidei

Komanda izmantoja skaitļošanas metodes un smēlās iedvesmu no evolūcijas procesa, lai izveidotu savus specializētos PD ķermeņus. Virzīta evolūcija ir process, ko izmanto biomedicīnas inženierijā, lai laboratorijas apstākļos atdarinātu dabiskās atlases procesu.

Pētnieki izveidoja virzītas evolūcijas platformu ar milzīgu viņu izstrādātā proteīna iterāciju bibliotēku, lai atklātu, kura versija varētu būt visefektīvākā.

"Mums bija jāizveido kaut kas tāds, kas atpazītu PD-L1 uz audzēja virsmas," sacīja Vangs.

"Izmantojot virzītu evolūciju, mēs atlasījām lielu skaitu dažādu monobody mutāciju, lai izvēlētos, kura no tām saistītos ar PD-L1. Atlasītajai versijai piemīt šīs īpašības, kas var ne tikai atpazīt audzēja PD-L1, bet arī bloķēt tā bremzēšanas mehānismu un pēc tam novirzīt CAR T šūnu uz audzēja virsmu, lai uzbruktu un iznīcinātu audzēja šūnas."

"Iedomājieties, ja jūs vēlētos atrast ļoti specifisku zivi okeānā — tas būtu patiešām sarežģīti," sacīja Liu. "Bet tagad, pateicoties mūsu izstrādātajai virzītās evolūcijas platformai, mums ir veids, kā atrast šīs specifiskās olbaltumvielas ar pareizo funkciju."

Pētnieku komanda pašlaik pēta, kā optimizēt proteīnus, lai pirms klīnisko pielietojumu ieviešanas izveidotu vēl precīzākas un efektīvākas CAR T šūnas. Tas ietver arī proteīnu integrēšanu ar Vanga laboratorijas revolucionārajām ultraskaņas lietojumprogrammām, lai attālināti vadītu CAR T šūnas, lai tās tiktu aktivizētas tikai audzēja vietās.

"Tagad mums ir visi šie ģenētiskie rīki, lai manipulētu, kontrolētu un programmētu šīs imūnās šūnas, lai tām būtu tik liela jauda un funkcijas," sacīja Vangs. "Mēs ceram radīt jaunus veidus, kā virzīt to funkcijas īpaši sarežģītu cieto audzēju ārstēšanā."