Перетворення «щита» пухлини на зброю проти неї самої

За словами Пітера Інсіо Ванга, пухлинні клітини «хитрі». Вони мають зловісні способи ухилитися від імунних реакцій людини, які борються з цими раковими загарбниками. Пухлинні клітини експресують молекули ліганду запрограмованої смерті 1 (PD-L1), які діють як захисний щит, який пригнічує наші імунні клітини, створюючи перешкоду для цільової імунотерапії раку. p >

Ванг, кафедра біомедичної інженерії Альфреда Е. Манна та кафедра біомедичної інженерії Дуайта К. І Хільдагард Е. Баума, очолює лабораторію, присвячену новаторським дослідженням інженерних імунотерапій, які використовують імунну систему людини для створення майбутнього арсеналу у боротьбі з раком.

Дослідники лабораторії Ванга розробили новий підхід, який повертає підступні захисні механізми пухлинної клітини проти неї самої, перетворюючи ці «щитові» молекули на мішені для Т-клітин химерного антигенного рецептора (CAR) лабораторії Ванга, які запрограмовані на атаку на рак. p>

Робота, проведена постдокторантом лабораторії Вана Ліншань Чжу, разом з Ваном, докторантом Лунвей Лю та їхніми співавторами, була опублікована в журналі ACS Nano.

Т-клітинна терапія CAR – це революційний метод лікування раку, під час якого Т-клітини, різновид білих кров’яних тілець, видаляють у пацієнта та оснащують унікальним химерним рецептором антигену (CAR). CAR зв’язується з антигенами, пов’язаними з раковими клітинами, спрямовуючи Т-клітини на знищення ракових клітин.

Останньою роботою лабораторії Ванга є розроблене монотіло для Т-клітин CAR, яке команда називає PDbody, яке зв’язується з білком PD-L1 на раковій клітині, дозволяючи CAR розпізнавати пухлинну клітину та блокувати її захист. p>

"Уявіть, що CAR — це справжній автомобіль. У вас є двигун і бензин. Але у вас також є гальмо. По суті, двигун і бензин штовхають CAR T рухатися вперед і знищувати пухлину. Але PD-L1 діє як гальмо, яке зупиняє його", - сказав Ван.

У цій роботі Чжу, Лю, Ван і команда створили Т-клітини, щоб блокувати цей гальмівний механізм «гальмування» та перетворювати молекулу PD-L1 на мішень для вбивства.

"Ця химерна молекула PDbody-CAR може змусити наш CAR T атакувати, розпізнавати та знищувати пухлину. Водночас вона блокуватиме та запобігатиме пухлинній клітині зупинити атаку CAR T. Таким чином, наш CAR T буде бути могутнішим", - сказав Ван.

Т-клітинна терапія CAR є найбільш ефективною для «рідких» видів раку, таких як лейкемія. Мета дослідників полягала в тому, щоб розробити вдосконалені Т-клітини CAR, які могли б відрізняти ракові клітини від здорових.

Лабораторія Ванга досліджує способи націлити технологію на пухлини, щоб Т-клітини CAR активувалися на 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. Таким чином, дослідники розглянули унікальне мікрооточення пухлини — клітини та матриці, які безпосередньо оточують пухлину, — щоб переконатися, що розроблене ними PDbody буде точніше зв’язуватися з раковими клітинами.

«Ми знаємо, що рН мікрооточення пухлини відносно низьке — воно трохи кисле», — сказав Чжу. «Тож ми хотіли, щоб наше PDbody мало кращу здатність зв’язуватися в кислому мікросередовищі, що допоможе нашому PDbody відрізняти пухлинні клітини від інших навколишніх клітин».

Щоб підвищити точність лікування, команда використала запатентовану систему генетичних воріт під назвою SynNotch, яка гарантує, що Т-клітини CAR із PDbody атакують лише ракові клітини, які експресують інший білок, відомий як CD19, зменшуючи ризик пошкодження здорових клітин.

«Простіше кажучи, Т-клітини будуть активовані лише на місці пухлини завдяки системі стробування SynNotch», — сказав Чжу. «Не тільки рН більш кислий, але й поверхня пухлинної клітини визначатиме, чи активована Т-клітина, що дає нам два рівні контролю».

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

Процес створення PDbody, натхненний еволюцією

Команда використовувала обчислювальні методи та черпала натхнення з процесу еволюції, щоб створити власні PDbodies. Спрямована еволюція – це процес, який 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 виявити, яка версія може бути найефективнішою.

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

"Використовуючи спрямовану еволюцію, ми відібрали велику кількість різних мутацій монотіла, щоб вибрати, яка з них зв’яжеться з PD-L1. Вибрана версія має такі особливості, які можуть не лише розпізнавати пухлинний PD-L1, але й блокувати гальмівний механізм, який він має, а потім направляє CAR T-клітину на поверхню пухлини, щоб атакувати та знищувати пухлинні клітини».

«Уявіть собі, якби ви хотіли знайти дуже конкретну рибу в океані — це було б справді важко», — сказав Лю. «Але тепер завдяки платформі спрямованої еволюції, яку ми розробили, у нас є спосіб націлити ці специфічні білки на потрібну функцію».

Наразі дослідницька група вивчає, як оптимізувати білки для створення ще більш точних і ефективних Т-клітин CAR, перш ніж перейти до клінічного застосування. Це також включає інтеграцію білків із революційними орієнтованими ультразвуковими програмами лабораторії Ванга для дистанційного керування Т-клітинами CAR, щоб вони активувалися лише в місцях пухлини.

«Тепер у нас є всі ці генетичні інструменти, щоб маніпулювати, контролювати та програмувати ці імунні клітини, щоб вони мали якомога більше потужності та функцій», — сказав Ван. «Ми сподіваємося створити нові способи спрямування їх функції для особливо складного лікування солідних пухлин».