Zamiana „tarczy” guza w broń przeciwko samemu sobie

Według Petera Insio Wanga komórki nowotworowe są „przebiegłe”. Mają złowrogie sposoby unikania ludzkich reakcji immunologicznych, które walczą z tymi nowotworowymi najeźdźcami. Komórki nowotworowe wykazują ekspresję cząsteczek ligandu zaprogramowanej śmierci 1 (PD-L1), które działają jak tarcza ochronna, tłumiąc nasze komórki odpornościowe, tworząc przeszkodę w celowanych immunoterapii raka.p >

Wang, kierownik katedry inżynierii biomedycznej im. Alfreda E. Manna oraz katedra inżynierii biomedycznej Dwighta K. I Hildagard E. Baum, prowadzi laboratorium zajmujące się pionierskimi badaniami nad immunoterapiami inżynieryjnymi, które wykorzystują ludzki układ odpornościowy do budowy przyszłego arsenału w walce z rakiem.

Naukowcy z laboratorium Wanga opracowali nowe podejście, które zwraca podstępne mechanizmy obronne komórek nowotworowych przeciwko sobie, zamieniając te cząsteczki „tarczy” w cele dla chimerycznych komórek T receptora antygenu (CAR) laboratorium Wanga, które są zaprogramowane do ataku na nowotwór.

Praca przeprowadzona przez laboratorium podoktorskiego Wanga, Lingshana Zhu, wraz z Wangiem, stażystą podoktorskim Longwei Liu i ich współautorami, została opublikowana w czasopiśmie ACS Nano.

Terapia komórkami T CAR to rewolucyjna metoda leczenia raka, podczas której komórki T, rodzaj białych krwinek, są usuwane od pacjenta i wyposażane w unikalny chimeryczny receptor antygenu (CAR). CAR wiąże się z antygenami związanymi z komórkami nowotworowymi, kierując limfocyty T do niszczenia komórek nowotworowych.

Najnowszym dziełem laboratorium Wanga jest zaprojektowane monociało dla komórek T CAR, zwane przez zespół PDbody, które wiąże się z białkiem PD-L1 na komórce nowotworowej, umożliwiając CAR rozpoznanie komórki nowotworowej i zablokowanie jej mechanizmów obronnych.

p>

„Wyobraź sobie, że CAR to prawdziwy samochód. Masz silnik i benzynę. Ale masz też hamulec. Zasadniczo silnik i benzyna popychają CAR T do przodu i niszczą guz. Ale PD-L1 działa jako hamulec, który go zatrzymuje” – powiedział Wang.

W tej pracy Zhu, Liu, Wang i zespół opracowali komórki T, aby blokowały ten hamujący mechanizm „hamowania” i zamieniały cząsteczkę PD-L1 w cel zabijania.

„Ta chimeryczna cząsteczka PDbody-CAR może poprowadzić nasz CAR T do ataku, rozpoznania i zniszczenia guza. Jednocześnie będzie blokować i uniemożliwiać komórkom nowotworowym zatrzymanie ataku CAR T. W ten sposób nasz CAR T będzie być potężniejszy” – powiedział Wang.

Terapia komórkami T CAR jest najskuteczniejsza w przypadku nowotworów „płynnych”, takich jak białaczka. Celem badaczy było opracowanie zaawansowanych limfocytów T CAR, które potrafią odróżnić komórki nowotworowe od komórek zdrowych.

Laboratorium Wanga bada sposoby ukierunkowania tej technologii na nowotwory, tak aby komórki T CAR były aktywowane w miejscu guza bez wpływu na zdrową tkankę.

W tej pracy zespół skupił się na wysoce inwazyjnej postaci raka piersi, w której zachodzi ekspresja białka PD-L1. Jednakże PD-L1 ulega ekspresji również w innych typach komórek. Dlatego naukowcy przyjrzeli się unikalnemu mikrośrodowisku guza – komórkom i macierzom bezpośrednio otaczającym guz – aby upewnić się, że zaprojektowane ciałko PD będzie wiązać się bardziej specyficznie z komórkami nowotworowymi.

„Wiemy, że pH w mikrośrodowisku guza jest stosunkowo niskie – jest trochę kwaśne” – powiedział Zhu. „Chcieliśmy więc, aby nasze ciało PD miało lepszą zdolność wiązania w kwaśnym mikrośrodowisku, co pomoże naszemu ciału PD odróżnić komórki nowotworowe od innych otaczających je komórek.”

Aby poprawić precyzję leczenia, zespół zastosował zastrzeżony system bramek genetycznych o nazwie SynNotch, który gwarantuje, że komórki T CAR z ciałem PD atakują tylko komórki nowotworowe wyrażające inne białko znane jako CD19, zmniejszając ryzyko uszkodzenia zdrowych komórek.

„Mówiąc najprościej, dzięki systemowi bramkowania SynNotch limfocyty T zostaną aktywowane wyłącznie w miejscu guza” – powiedział Zhu. „Nie tylko pH jest bardziej kwaśne, ale powierzchnia komórki nowotworowej określi, czy limfocyt T zostanie aktywowany, co daje nam dwa poziomy kontroli.”

Zhu zauważył, że zespół użył modelu mysiego, a wyniki wykazały, że system bramkowania SynNotch kieruje limfocyty CAR T z ciałkiem PD tak, aby aktywowały się tylko w miejscu guza, zabijając komórki nowotworowe i pozostając bezpiecznym dla innych części zwierzęcia.

Inspirowany ewolucją proces tworzenia ciała PD

Zespół wykorzystał metody obliczeniowe i zainspirował się procesem ewolucji, aby stworzyć własne ciała PD. Ukierunkowana ewolucja to proces stosowany w inżynierii biomedycznej w celu naśladowania procesu doboru naturalnego w warunkach laboratoryjnych.

Naukowcy stworzyli platformę ukierunkowanej ewolucji z gigantyczną biblioteką iteracji zaprojektowanego przez siebie białka, aby odkryć, która wersja może być najskuteczniejsza.

„Musieliśmy stworzyć coś, co rozpoznałoby PD-L1 na powierzchni guza” – powiedział Wang.

„Korzystając z ukierunkowanej ewolucji, wybraliśmy dużą liczbę różnych mutacji jednociałowych, aby wybrać, która z nich będzie wiązać się z PD-L1. Wybrana wersja ma cechy, które nie tylko rozpoznają nowotwór PD-L1, ale także blokują mechanizm hamujący, który posiada, a następnie kieruje limfocyt T CAR na powierzchnię guza, aby zaatakować i zniszczyć komórki nowotworowe.”

„Wyobraźcie sobie, że chcielibyście znaleźć w oceanie bardzo konkretną rybę – byłoby to naprawdę trudne” – powiedział Liu. „Ale teraz, dzięki opracowanej przez nas platformie ukierunkowanej ewolucji, możemy nakierować te konkretne białka na pożądane funkcje.”

Zespół badawczy bada obecnie, w jaki sposób zoptymalizować białka, aby stworzyć jeszcze bardziej precyzyjne i skuteczne komórki T CAR, zanim znajdą zastosowania kliniczne. Obejmuje to również integrację białek z przełomowymi zastosowaniami ultrasonografii opracowanymi przez laboratorium Wanga w celu zdalnego kontrolowania komórek T CAR, tak aby aktywowały się tylko w miejscach guza.

„Teraz dysponujemy wszystkimi narzędziami genetycznymi do manipulowania, kontrolowania i programowania komórek odpornościowych tak, aby miały jak najwięcej mocy i funkcji” – powiedział Wang. „Mamy nadzieję stworzyć nowe sposoby kierowania ich funkcją w przypadku szczególnie trudnych metod leczenia guzów litych.”