Spreminjanje "ščita" tumorja v orožje proti samemu sebi

Po mnenju Petra Insia Wanga so tumorske celice »zvite«. Imajo zlovešče načine za izogibanje človeškim imunskim odzivom, ki se borijo proti tem rakavim vsiljivcem. Tumorske celice izražajo molekule liganda programirane smrti 1 (PD-L1), ki delujejo kot zaščitni ščit, ki zavira naše imunske celice in ustvarja oviro za ciljno imunoterapijo raka. p >

Wang, katedra Alfreda E. Manna za biomedicinski inženiring in katedra za biomedicinski inženiring Dwighta K. In Hildagard E. Bauma, vodi laboratorij, posvečen pionirskim raziskavam zasnovanih imunoterapij, ki izkoriščajo človeški imunski sistem za izgradnjo prihodnjega arzenala v boju proti raku.

Raziskovalci Wangovega laboratorija so razvili nov pristop, ki obrne zahrbtne obrambne mehanizme tumorske celice proti njej sami, tako da te "ščitne" molekule spremeni v tarče T-celic himernega antigenskega receptorja (CAR) Wangovega laboratorija, ki so programirane za napad na raka. p>

Delo, ki ga je opravil Wangov podoktorski sodelavec Lingshan Zhu, skupaj z Wangom, podoktorskim sodelavcem Longwei Liujem in njunimi soavtorji, je bilo objavljeno v reviji ACS Nano.

Terapija s T-celicami CAR je revolucionarno zdravljenje raka, pri katerem se celice T, vrsta belih krvnih celic, odstrani iz pacienta in opremi z edinstvenim himernim antigenskim receptorjem (CAR). CAR se veže na antigene, povezane z rakavimi celicami, in usmerja celice T, da uničijo rakave celice.

Najnovejše delo Wangovega laboratorija je zasnovano monotelo za T-celice CAR, ki ga ekipa imenuje PDbody, ki se veže na protein PD-L1 na rakavi celici in omogoča CAR, da prepozna tumorsko celico in blokira njeno obrambo. p>

"Predstavljajte si, da je CAR pravi avto. Imate motor in bencin. Imate pa tudi zavoro. V bistvu motor in bencin potiskata CAR T, da se premakne naprej in uniči tumor. Toda PD-L1 deluje kot zavora, ki ga ustavi," je dejal Wang.

V tem delu so Zhu, Liu, Wang in ekipa izdelali celice T, da blokirajo ta zaviralni "zavorni" mehanizem in spremenijo molekulo PD-L1 v tarčo za ubijanje.

"Ta himerna molekula PDbody-CAR lahko povzroči, da naš CAR T napade, prepozna in uniči tumor. Hkrati bo blokiral in preprečil tumorski celici, da bi ustavila napad CAR T. Tako bo naš CAR T biti močnejši,« je dejal Wang.

Terapija s T-celicami CAR je najbolj učinkovita pri "tekočih" vrstah raka, kot je levkemija. Cilj raziskovalcev je bil razviti napredne celice CAR T, ki lahko razlikujejo med rakavimi in zdravimi celicami.

Wangov laboratorij raziskuje načine, kako tehnologijo usmeriti na tumorje, tako da se celice CAR T aktivirajo na mestu tumorja, ne da bi prizadeli zdravo tkivo.

V tem delu se je ekipa osredotočila na zelo invazivno obliko raka dojke, ki izraža protein PD-L1. Vendar pa PD-L1 izražajo tudi druge vrste celic. Zato so raziskovalci preučili edinstveno tumorsko mikrookolje – celice in matrike, ki neposredno obkrožajo tumor –, da bi zagotovili, da se bo njihovo zasnovano PDbody bolj specifično vezalo na rakave celice.

"Vemo, da je pH v mikrookolju tumorja razmeroma nizek - je malo kisel," je dejal Zhu. "Zato smo želeli, da ima naše PDbody boljšo sposobnost vezave v kislem mikrookolju, kar bo našemu PDbodyju pomagalo razlikovati tumorske celice od drugih okoliških celic."

Za izboljšanje natančnosti zdravljenja je ekipa uporabila lastniški sistem genetskih vrat, imenovan SynNotch, ki zagotavlja, da celice CAR T s telesom PD napadajo samo rakave celice, ki izražajo drugačen protein, znan kot CD19, in tako zmanjša tveganje za poškodbe zdravih celic.

"Preprosto povedano, celice T se bodo aktivirale le na mestu tumorja, zahvaljujoč temu sistemu vrat SynNotch," je dejal Zhu. "Ne samo, da je pH bolj kisel, ampak bo površina tumorske celice določila, ali je celica T aktivirana, kar nam daje dve ravni nadzora."

Zhu je opozoril, da je ekipa uporabila mišji model, rezultati pa so pokazali, da sistem SynNotch gating usmerja celice CAR T s PDbody, da se aktivirajo le na mestu tumorja, pri čemer ubijejo tumorske celice in ostanejo varne za druge dele živali.

Postopek, ki ga je navdihnila evolucija za ustvarjanje telesa PDbody

Ekipa je uporabila računalniške metode in je črpala navdih iz procesa evolucije, da je ustvarila svoje PDbodies po meri. Usmerjena evolucija je postopek, ki se uporablja v biomedicinskem inženirstvu za posnemanje procesa naravne selekcije v laboratorijskem okolju.

Raziskovalci so ustvarili usmerjeno evolucijsko platformo z velikansko knjižnico ponovitev njihovega zasnovanega proteina, da bi odkrili, katera različica bi lahko bila najbolj učinkovita.

"Morali smo ustvariti nekaj, kar bi prepoznalo PD-L1 na površini tumorja," je dejal Wang.

"Z uporabo usmerjene evolucije smo izbrali veliko število različnih mutacij monoteles, da bi izbrali, katera se bo vezala na PD-L1. Izbrana različica ima te lastnosti, ki ne samo prepoznajo tumor PD-L1, ampak tudi blokirajo zaviralni mehanizem, ki ga ima, nato pa celico CAR T usmeri na površino tumorja, da napade in uniči tumorske celice."

"Predstavljajte si, da bi želeli najti zelo specifično ribo v oceanu - to bi bilo res težko," je dejal Liu. "Toda zdaj s platformo za usmerjeno evolucijo, ki smo jo razvili, imamo način, da ciljamo na te specifične beljakovine z želeno funkcijo."

Raziskovalna skupina zdaj raziskuje, kako optimizirati beljakovine za ustvarjanje še natančnejših in učinkovitejših celic CAR T, preden se premaknejo v klinične aplikacije. To vključuje tudi integracijo proteinov z revolucionarnimi ultrazvočnimi aplikacijami Wangovega laboratorija za daljinski nadzor celic CAR T, tako da se aktivirajo samo na mestih tumorja.

"Zdaj imamo vsa ta genetska orodja za manipulacijo, nadzor in programiranje teh imunskih celic, da imajo čim več moči in delovanja," je dejal Wang. "Upamo, da bomo ustvarili nove načine za usmerjanje njihove funkcije za posebej zahtevno zdravljenje solidnih tumorjev."