Proměna „štítu“ nádoru ve zbraň proti sobě samému

Podle Petera Insio Wanga jsou nádorové buňky „mazané“. Mají zlověstné způsoby, jak se vyhnout lidským imunitním reakcím, které bojují s těmito rakovinnými útočníky. Nádorové buňky exprimují molekuly ligandu 1 programované smrti (PD-L1), které působí jako ochranný štít, který potlačuje naše imunitní buňky a vytváří tak překážku pro cílené protirakovinné imunoterapie.. P >

Wang, vedoucí katedry Alfreda E. Manna v biomedicínském inženýrství a katedry Dwighta K. A Hildagard E. Baumových v oblasti biomedicínského inženýrství, vede laboratoř zasvěcenou průkopnickému výzkumu umělých imunoterapií, které využívají lidský imunitní systém k vybudování budoucího arzenálu v boji proti rakovině.

Výzkumníci z Wangovy laboratoře vyvinuli nový přístup, který obrací zákeřné obranné mechanismy nádorových buněk proti nim samým a mění tyto „štítové“ molekuly na cíle pro T buňky chimérického antigenního receptoru (CAR) Wangovy laboratoře, které jsou naprogramovány k útoku na rakovinu. p>

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

CAR T-buněčná terapie je revoluční léčba rakoviny, při které jsou T-buňky, typ bílých krvinek, pacientovi odstraněny a vybaveny jedinečným chimérickým antigenním receptorem (CAR). CAR se váže na antigeny spojené s rakovinnými buňkami a směruje T buňky k ničení rakovinných buněk.

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

p>

"Představte si, že CAR je skutečné auto. Máte motor a benzín. Ale máte také brzdu. V podstatě motor a benzín tlačí CAR T k pohybu vpřed a zničení nádoru. Ale PD-L1 působí jako brzda, která ho zastaví,“ řekl Wang.

V této práci Zhu, Liu, Wang a tým zkonstruovali T buňky, aby zablokovaly tento inhibiční „brzdící“ mechanismus a změnily molekulu PD-L1 na cíl pro zabíjení.

"Tato chimérická molekula PDbody-CAR může vést náš CAR T k útoku, rozpoznání a zničení nádoru. Zároveň zablokuje a zabrání nádorové buňce v zastavení útoku CAR T. Náš CAR T tedy bude být silnější,“ řekl Wang.

Terapie T-buněk CAR je nejúčinnější u „tekutých“ rakovin, jako je leukémie. Cílem výzkumníků bylo vyvinout pokročilé CAR T buňky, které dokážou rozlišit mezi rakovinnými buňkami a zdravými buňkami.

Wangova laboratoř zkoumá způsoby, jak zacílit technologii na nádory, aby se buňky CAR T aktivovaly v místě nádoru, aniž by to ovlivnilo zdravou tkáň.

V této práci se tým zaměřil na vysoce invazivní formu rakoviny prsu, která exprimuje protein PD-L1. PD-L1 je však také exprimován jinými typy buněk. Proto se výzkumníci podívali na jedinečné mikroprostředí nádoru – buňky a matrice bezprostředně obklopující nádor – aby zajistili, že se jejich navržené tělo PD bude specifičtěji vázat na rakovinné buňky.

"Víme, že pH v mikroprostředí nádoru je relativně nízké - je trochu kyselé," řekl Zhu. „Chtěli jsme tedy, aby naše tělo PD mělo lepší vazebnou schopnost v kyselém mikroprostředí, což našemu tělu PD pomůže rozlišit nádorové buňky od ostatních okolních buněk.“

Pro zlepšení přesnosti léčby použil tým proprietární systém genetické brány nazvaný SynNotch, který zajišťuje, že CAR T buňky s PDbody napadají pouze rakovinné buňky, které exprimují jiný protein známý jako CD19, čímž se snižuje riziko poškození zdravých buněk.

"Jednoduše řečeno, T buňky budou aktivovány pouze v místě nádoru díky tomuto hradlovému systému SynNotch," řekl Zhu. "Nejenže je pH kyselejší, ale povrch nádorové buňky určí, zda je T buňka aktivována, což nám dává dvě úrovně kontroly."

Zhu poznamenal, že tým použil myší model a výsledky ukázaly, že systém hradlování SynNotch řídí CAR T buňky s PDbody tak, aby se aktivovaly pouze v místě nádoru, zabíjely nádorové buňky a zůstaly bezpečné pro ostatní části zvířete.

Evolucí inspirovaný proces vytváření těla PD

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

Výzkumníci vytvořili řízenou evoluční platformu s obrovskou knihovnou iterací jejich navrženého proteinu, aby zjistili, která verze by mohla být nejúčinnější.

"Potřebovali jsme vytvořit něco, co rozpozná PD-L1 na povrchu nádoru," řekl Wang.

"Pomocí řízené evoluce jsme vybrali velké množství různých monobody mutací, abychom vybrali, která z nich by se vázala na PD-L1. Vybraná verze má tyto vlastnosti, které nejenže dokážou rozpoznat nádorový PD-L1, ale také blokují inhibiční mechanismus, který má, a poté nasměrovat CAR T buňku na povrch nádoru, aby napadla a zničila nádorové buňky."

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

Výzkumný tým nyní zkoumá, jak optimalizovat proteiny, aby vytvořily ještě přesnější a efektivnější CAR T buňky, než se přesunou do klinických aplikací. To také zahrnuje integraci proteinů s průlomovými ultrazvukovými aplikacemi Wangovy laboratoře pro dálkové ovládání CAR T buněk, aby se aktivovaly pouze v místech nádoru.

"Nyní máme všechny tyto genetické nástroje k manipulaci, kontrole a programování těchto imunitních buněk tak, aby měly co největší sílu a funkci," řekl Wang. "Doufáme, že vytvoříme nové způsoby, jak nasměrovat jejich funkci pro zvláště náročné léčby solidních nádorů."