Kasvaja "kilbi" muutmine relvaks kasvaja enda vastu

Peter Insio Wangi sõnul on kasvajarakud „kavalad“. Neil on kurjakuulutavad viisid, kuidas vältida inimese immuunvastuseid, mis võitlevad nende vähkkasvajate vastu. Kasvajarakud ekspresseerivad programmeeritud surmaligandi 1 (PD-L1) molekule, mis toimivad kaitsekilbina, mis pärsib meie immuunrakke, luues takistuse sihipärastele vähi immunoteraapiatele.

Wang, Alfred E. Manni nimelise biomeditsiinitehnika õppetooli omanik ning Dwight C. ja Hildagard E. Baumi nimelise biomeditsiinitehnika õppetooli omanik, juhib laborit, mis on pühendunud teedrajavatele uuringutele insener-immunoteraapiate valdkonnas, mis rakendavad inimese immuunsüsteemi, et luua tulevane arsenal vähivastases võitluses.

Wangi labori teadlased on välja töötanud uue lähenemisviisi, mis muudab kasvajarakkude salakavalad kaitsemehhanismid enda vastu, muutes need "kilbi" molekulid sihtmärkideks Wangi laboris konstrueeritud kimäärsete antigeeni retseptorite (CAR) T-rakkudele, mis on programmeeritud vähi ründamiseks.

Wangi labori järeldoktor Lingshan Zhu koos Wangi, teadlase Longwei Liu ja nende kaasautoritega läbi viidud töö avaldati ajakirjas ACS Nano.

CAR T-rakuteraapia on revolutsiooniline vähiravi, mille käigus patsiendilt eemaldatakse T-rakud, mis on teatud tüüpi valgelibled, ja neile manustatakse ainulaadne kimäärne antigeeni retseptor (CAR). CAR seondub vähirakkudega seotud antigeenidega, suunates T-rakud vähirakke hävitama.

Wangi labori uusim töö on CAR T-rakkude jaoks loodud monokeha, mida meeskond nimetab PDkehaks ja mis seondub vähirakul oleva PD-L1 valguga, võimaldades CAR-il kasvajarakku ära tunda ja selle kaitsemehhanisme blokeerida.

„Mõtle CAR-ile kui päris autole. Sul on mootor ja bensiin. Aga sul on ka pidur. Põhimõtteliselt suruvad mootor ja bensiin CAR T-d edasi liikuma ja kasvajat hävitama. Aga PD-L1 toimib pidurina, mis selle peatab,“ ütles Wang.

Selles töös konstrueerisid Zhu, Liu, Wang ja nende meeskond T-rakke, et blokeerida see inhibeeriv "pidurdusmehhanism" ja muuta PD-L1 molekul hävitamise sihtmärgiks.

„See kimäärne PDbody-CAR molekul võib panna meie CAR T-rakud ründama, kasvajat ära tundma ja tapma. Samal ajal blokeerib ja takistab see kasvajarakul CAR T-rakkude rünnakut peatamast. Sel viisil on meie CAR T-rakud võimsamad,“ ütles Wang.

CAR T-rakkude teraapia on kõige efektiivsem nn märgade vähivormide, näiteks leukeemia, vastu. Teadlaste ees on olnud väljakutse arendada täiustatud CAR T-rakke, mis suudavad eristada vähirakke tervetest rakkudest.

Wangi labor uurib viise, kuidas suunata tehnoloogia kasvajatele, nii et CAR T-rakud aktiveeritakse kasvaja kohas, mõjutamata terveid kudesid.

Selles töös keskendus meeskond rinnavähi väga invasiivsele vormile, mis ekspresseerib valku PD-L1. PD-L1-d ekspresseerivad aga ka teist tüüpi rakud. Seega uurisid teadlased ainulaadset kasvaja mikrokeskkonda – kasvajat vahetult ümbritsevaid rakke ja maatrikseid –, et tagada nende loodud PDkeha spetsiifilisem seondumine vähirakkudega.

„Me teame, et kasvaja mikrokeskkonna pH on suhteliselt madal – see on veidi happeline,“ ütles Zhu. „Seega tahtsime, et meie PD-kehadel oleks parem sidumisvõime happelises mikrokeskkonnas, mis aitaks meie PD-kehadel eristada kasvajarakke ümbritsevatest rakkudest.“

Ravi täpsuse parandamiseks kasutas meeskond geneetilist "värava" süsteemi nimega SynNotch, mis tagab, et PDbody-ga CAR T-rakud ründavad ainult vähirakke, mis ekspresseerivad erinevat valku, mida tuntakse CD19-na, vähendades tervete rakkude kahjustamise ohtu.

„Lihtsamalt öeldes aktiveeritakse T-rakke ainult kasvaja asukohas tänu sellele SynNotch väravasüsteemile,“ ütles Zhu. „Lisaks pH-taseme happelisemaks muutumisele määrab ka kasvajarakkude pind, kas T-rakk aktiveeritakse, mis annab meile kaks kontrolli taset.“

Zhu märkis, et meeskond kasutas hiiremudelit ja tulemused näitasid, et SynNotchi lülitussüsteem suunab PDbody-ga CAR T-rakke aktiveeruma ainult kasvaja kohas, tappes kasvajarakke, jäädes samal ajal ohutuks looma teiste osade jaoks.

Evolutsioonist inspireeritud protsess PDbody loomiseks

Meeskond kasutas arvutusmeetodeid ja ammutas inspiratsiooni evolutsiooniprotsessist, et luua oma spetsialiseerunud PD-kehad. Suunatud evolutsioon on protsess, mida kasutatakse biomeditsiinitehnikas loodusliku valiku protsessi jäljendamiseks laborikeskkonnas.

Teadlased lõid suunatud evolutsiooniplatvormi koos hiiglasliku oma loodud valgu iteratsioonide koguga, et avastada, milline versioon võiks olla kõige tõhusam.

"Meil oli vaja luua midagi, mis tunneks ära PD-L1 kasvaja pinnal," ütles Wang.

"Suunatud evolutsiooni abil valisime välja suure hulga erinevaid monobody mutatsioone, et valida, milline neist seondub PD-L1-ga. Valitud versioonil on need omadused, mis mitte ainult ei tunne ära kasvaja PD-L1-d, vaid blokeerivad ka selle pidurdusmehhanismi ja suunavad seejärel CAR T-rakud kasvaja pinnale, et rünnata ja hävitada kasvajarakke."

„Kujutage ette, et soovite leida ookeanist väga spetsiifilist kala – see oleks tõesti keeruline,“ ütles Liu. „Aga nüüd, tänu meie väljatöötatud suunatud evolutsiooni platvormile, on meil võimalus need spetsiifilised valgud õige funktsiooniga välja püüda.“

Uurimisrühm uurib nüüd, kuidas valke optimeerida, et luua enne kliinilistesse rakendustesse siirdumist veelgi täpsemaid ja efektiivsemaid CAR T-rakke. See hõlmab ka valkude integreerimist Wangi labori läbimurdeliste ultrahelirakendustega, et CAR T-rakke kaugjuhtimisega juhtida, nii et need aktiveeritakse ainult kasvajapiirkondades.

„Meil on nüüd olemas kõik need geneetilised vahendid, et manipuleerida, kontrollida ja programmeerida neid immuunrakke nii suure võimsuse ja funktsiooni saavutamiseks,“ ütles Wang. „Loodame luua uusi viise nende funktsiooni suunamiseks eriti keeruliste tahkete kasvajate ravis.“