Proměna "štítu" nádoru ve zbraň proti nádoru samotnému

Podle Petera Insia Wanga jsou nádorové buňky „mazané“. Mají zákeřné způsoby, jak se vyhnout lidským imunitním reakcím, které bojují proti těmto rakovinným vetřelcům. Nádorové buňky exprimují molekuly programovaného ligandu smrti 1 (PD-L1), které fungují jako ochranný štít potlačující naše imunitní buňky a vytvářejí tak překážku pro cílené imunoterapie rakoviny.

Wang, nositel katedry Alfreda E. Manna v biomedicínském inženýrství a držitel katedry Dwighta C. a Hildagard E. Baumových v biomedicínském inženýrství, vede laboratoř věnovanou průkopnickému výzkumu inženýrsky vytvořených imunoterapií, které využívají lidský imunitní systém k vytvoření budoucího arzenálu v boji proti rakovině.

Výzkumníci ve Wangově laboratoři vyvinuli nový přístup, který obrací zákeřné obranné mechanismy nádorové buňky proti ní samotné a tyto molekuly „štítu“ přeměňuje na cíle pro Wangovy laboratorně navržené chimérické antigenní receptory (CAR) T buňky naprogramované k útoku na rakovinu.

Práce, kterou provedl Wangův laboratorní postdoktorand Lingshan Zhu spolu s Wangem, vědcem Longwei Liu a jejich spoluautory, byla publikována v časopise ACS Nano.

Terapie CAR T-buňkami je revoluční léčba rakoviny, při které jsou pacientovi odebrány T-buňky, typ bílých krvinek, a je jim přidělen unikátní chimérický antigenní receptor (CAR). CAR se váže na antigeny spojené s rakovinnými buňkami a řídí T-buňky k jejich ničení.

Nejnovější prací z Wangovy laboratoře je navržená monobody pro CAR T buňky, kterou tým nazývá PDbody. Ta se váže na protein PD-L1 na rakovinné buňce, což umožňuje CAR rozpoznat nádorovou buňku a blokovat její obranyschopnost.

„Představte si CAR jako skutečné auto. Máte motor a plyn. Ale máte také brzdu. V podstatě motor a plyn tlačí CAR T dopředu a zabíjí nádor. PD-L1 ale funguje jako brzda, která ho zastaví,“ řekl Wang.

V této práci Zhu, Liu, Wang a jejich tým zkonstruovali T buňky tak, aby blokovaly tento inhibiční „brzdící“ mechanismus a učinily z molekuly PD-L1 cíl destrukce.

„Tato chimérická molekula PDbody-CAR dokáže přimět naše CAR T buňky, aby napadly, rozpoznaly a zabily nádor. Zároveň blokuje a zabrání nádorové buňce v zastavení útoku CAR T buněk. Tímto způsobem budou naše CAR T buňky silnější,“ řekl Wang.

Terapie CAR T-buňkami je nejúčinnější proti „vlhkým“ druhům rakoviny, jako je leukémie. Výzvou pro výzkumníky bylo vyvinout pokročilé CAR T-buňky, které dokáží rozlišovat mezi rakovinnými a zdravými buňkami.

Wangova laboratoř zkoumá způsoby, jak zaměřit technologii na nádory tak, aby se CAR T buňky aktivovaly v místě nádoru, aniž by ovlivnily zdravou tkáň.

V této práci se tým zaměřil na vysoce invazivní formu rakoviny prsu, která exprimuje protein PD-L1. PD-L1 je však exprimován i jinými typy buněk. Vědci se proto zaměřili na jedinečné nádorové mikroprostředí – buňky a matrice bezprostředně obklopující nádor – aby se ujistili, že se jimi navržená PDbody váže specifičtěji na rakovinné buňky.

„Víme, že pH v nádorovém mikroprostředí je relativně nízké – je trochu kyselé,“ řekl Zhu. „Chtěli jsme tedy, aby naše PDbody měla lepší vazebnou schopnost v kyselém mikroprostředí, což by našemu PDbody pomohlo rozlišit nádorové buňky od ostatních okolních buněk.“

Pro zlepšení přesnosti léčby tým použil genetický systém „brány“ s názvem SynNotch, který zajišťuje, že CAR T buňky s PDbody napadají pouze rakovinné buňky exprimující jiný protein známý jako CD19, čímž se snižuje riziko poškození zdravých buněk.

„Jednoduše řečeno, T buňky se aktivují pouze v místě nádoru díky tomuto systému SynNotch,“ řekl Zhu. „Nejenže je pH kyselejší, ale povrch nádorových buněk určí, zda se T buňka aktivuje, což nám dává dvě úrovně kontroly.“

Zhu poznamenal, že tým použil myší model a výsledky ukázaly, že systém SynNotch gating řídí CAR T buňky s PDbody k aktivaci pouze v místě nádoru, čímž ničí nádorové buňky a zároveň zůstávají bezpečné pro ostatní části zvířete.

Evolucí inspirovaný proces tvorby PDbody

Tým použil výpočetní metody a inspiroval se procesem evoluce k vytvoření svých specializovaných PD tělísek. Řízená evoluce je proces používaný v biomedicínském inženýrství k napodobení procesu přirozeného výběru v laboratorním prostředí.

Vědci vytvořili platformu pro řízenou evoluci s obrovskou knihovnou iterací navrženého proteinu, aby zjistili, která verze by mohla být nejúčinnější.

„Potřebovali jsme vytvořit něco, co by rozpoznávalo PD-L1 na povrchu nádoru,“ řekl Wang.

„Pomocí řízené evoluce jsme vybrali velké množství různých monobody mutací, abychom vybrali tu, která se bude vázat na PD-L1. Vybraná verze má tyto vlastnosti, které dokáží nejen rozpoznat nádorový PD-L1, ale také blokovat brzdný mechanismus, který má, a poté nasměrovat CAR T buňky na povrch nádoru, aby napadly a zabily nádorové buňky.“

„Představte si, že byste chtěli v oceánu najít velmi specifickou rybu – to by bylo opravdu obtížné,“ řekl Liu. „Ale nyní s platformou řízené evoluce, kterou jsme vyvinuli, máme způsob, jak tyto specifické proteiny se správnou funkcí vylovit.“

Výzkumný tým nyní zkoumá, jak optimalizovat proteiny pro vytvoření ještě přesnějších a účinnějších CAR T buněk předtím, než přejdou do klinických aplikací. To zahrnuje také integraci proteinů s průlomovými ultrazvukovými aplikacemi Wangovy laboratoře pro dálkové ovládání CAR T buněk tak, aby byly aktivovány pouze v místech nádoru.

„Nyní máme k dispozici všechny tyto genetické nástroje k manipulaci, kontrole a programování těchto imunitních buněk, aby měly tolik síly a funkcí,“ řekl Wang. „Doufáme, že vytvoříme nové způsoby, jak řídit jejich funkci pro obzvláště náročnou léčbu solidních nádorů.“