Перетворення "щита" пухлини на зброю проти неї самої

За словами Пітера Інсіо Ванга, пухлинні клітини «хитрі». Вони мають зловісні способи ухилятися від імунних реакцій людини, які борються з цими раковими загарбниками. Пухлинні клітини експресують молекули PD-L1 (запрограмованого ліганду смерті), які діють як захисний екран, що пригнічує наші імунні клітини, створюючи перешкоду для цільової імунотерапії раку.

Ван, лабораторія з біомедичної інженерії імені Альфреда Е. Манна та володар кафедри біомедичної інженерії імені Дуайта К. та Гільдагард Е. Баум, очолює лабораторію, що займається новаторськими дослідженнями в галузі штучної імунотерапії, яка використовує імунну систему людини для створення майбутнього арсеналу в боротьбі з раком.

Дослідники з лабораторії Ванга розробили новий підхід, який спрямовує підступні захисні механізми пухлинної клітини проти самих себе, перетворюючи ці молекули-"щити" на мішені для створених у лабораторії Ванга химерних антигенних рецепторів (CAR) Т-клітин, запрограмованих для атаки раку.

Робота, проведена постдокторантом лабораторії Ванга Ліншань Чжу разом з Вангом, науковим співробітником Лонгвеєм Лю та їхніми співавторами, була опублікована в журналі ACS Nano.

CAR-Тіпотерапія – це революційний метод лікування раку, за якого Т-клітини, тип лейкоцитів, видаляються з організму пацієнта та їм вводять унікальний химерний антигенний рецептор (CAR). CAR зв'язується з антигенами, пов'язаними з раковими клітинами, спрямовуючи Т-клітини на знищення ракових клітин.

Найновіша робота лабораторії Ванга — це розроблене монотіло для CAR T-клітин, яке команда називає PDbody, що зв'язується з білком PD-L1 на раковій клітині, дозволяючи CAR розпізнавати пухлинну клітину та блокувати її захисні механізми.

«Уявіть собі CAR як справжній автомобіль. У вас є двигун і газ. Але у вас також є гальмо. По суті, двигун і газ штовхають CAR T вперед і знищують пухлину. Але PD-L1 діє як гальмо, яке зупиняє її», – сказав Ван.

У цій роботі Чжу, Лю, Ван та їхня команда створили Т-клітини, щоб блокувати цей інгібіторний механізм «гальма» та зробити молекулу PD-L1 мішенню для знищення.

«Ця химерна молекула PDbody-CAR може змусити наші CAR T-клітини атакувати, розпізнавати та знищувати пухлину. Водночас вона блокуватиме та запобігатиме зупинці атаки CAR T-клітин пухлинними клітинами. Таким чином, наші CAR T-клітини будуть потужнішими», – сказав Ван.

CAR-Т-клітинна терапія є найефективнішою проти «вологих» видів раку, таких як лейкемія. Завданням дослідників була розробка вдосконалених CAR-Т-клітин, які можуть диференціювати ракові та здорові клітини.

Лабораторія Ванга досліджує способи впливу цієї технології на пухлини, щоб CAR T-клітини активувалися в місці пухлини, не впливаючи на здорові тканини.

У цій роботі команда зосередилася на високоінвазивній формі раку молочної залози, яка експресує білок PD-L1. Однак PD-L1 також експресується іншими типами клітин. Тому дослідники вивчили унікальне мікрооточення пухлини – клітини та матриці, що безпосередньо оточують пухлину, – щоб переконатися, що розроблене ними PDbody буде більш специфічно зв'язуватися з раковими клітинами.

«Ми знаємо, що pH у мікросередовищі пухлини відносно низький – він трохи кислий», – сказав Чжу. «Тому ми хотіли, щоб наш PDbody мав кращу здатність зв’язуватися в кислому мікросередовищі, що допомогло б нашому PDbody відрізняти пухлинні клітини від інших навколишніх клітин».

Щоб підвищити точність лікування, команда використала генетичну систему "воріт" під назвою SynNotch, яка гарантує, що CAR T-клітини з PDbody атакують лише ракові клітини, що експресують інший білок, відомий як CD19, зменшуючи ризик пошкодження здорових клітин.

«Простіше кажучи, Т-клітини активуватимуться лише в місці пухлини завдяки цій системі воріт SynNotch», — сказав Чжу. «Не тільки pH буде більш кислим, але й поверхня пухлинної клітини визначатиме, чи буде активована Т-клітина, що дає нам два рівні контролю».

Чжу зазначив, що команда використовувала модель на мишах, і результати показали, що система гейтування SynNotch спрямовує CAR T-клітини з PDbody на активацію лише в місці пухлини, знищуючи пухлинні клітини, залишаючись безпечними для інших частин тварини.

Процес створення PDbody, натхненний еволюцією

Команда використала обчислювальні методи та натхненна процесом еволюції для створення своїх спеціалізованих PD-тіл. Спрямована еволюція – це процес, що використовується в біомедичній інженерії для імітації процесу природного відбору в лабораторних умовах.

Дослідники створили платформу спрямованої еволюції з гігантською бібліотекою ітерацій розробленого ними білка, щоб з'ясувати, яка версія може бути найефективнішою.

«Нам потрібно було створити щось, що розпізнавало б PD-L1 на поверхні пухлини», – сказав Ван.

«Використовуючи спрямовану еволюцію, ми відібрали велику кількість різних монотільних мутацій, щоб вибрати ту, яка зв'язуватиметься з PD-L1. Обрана версія має ці характеристики, які можуть не тільки розпізнавати пухлинний PD-L1, але й блокувати гальмівний механізм, який він має, а потім направляти CAR T-клітини до поверхні пухлини для атаки та знищення пухлинних клітин».

«Уявіть, що ви хочете знайти дуже специфічну рибу в океані – це було б справді складно», – сказав Лю. «Але тепер, завдяки платформі спрямованої еволюції, яку ми розробили, у нас є спосіб виловлювати ці специфічні білки з правильною функцією».

Дослідницька група зараз вивчає, як оптимізувати білки для створення ще точніших та ефективніших CAR T-клітин, перш ніж перейти до клінічного застосування. Це також включає інтеграцію білків з революційними ультразвуковими програмами лабораторії Ванга для дистанційного керування CAR T-клітинами, щоб вони активувалися лише в місцях пухлини.

«Тепер у нас є всі ці генетичні інструменти для маніпулювання, контролю та програмування цих імунних клітин, щоб вони мали таку потужність та функціональність», — сказав Ван. «Ми сподіваємося створити нові способи спрямування їхньої функції для особливо складного лікування солідних пухлин».