Μετατρέποντας την «ασπίδα» ενός όγκου σε όπλο ενάντια στον εαυτό του

Σύμφωνα με τον Peter Insio Wang, τα καρκινικά κύτταρα είναι «πονηρά». Έχουν απαίσιους τρόπους να αποφύγουν τις ανθρώπινες ανοσολογικές αντιδράσεις που πολεμούν αυτούς τους καρκινικούς εισβολείς. Τα καρκινικά κύτταρα εκφράζουν μόρια προγραμματισμένου συνδέτη θανάτου 1 (PD-L1), τα οποία λειτουργούν ως προστατευτική ασπίδα που καταστέλλει τα κύτταρα του ανοσοποιητικού μας, δημιουργώντας ένα εμπόδιο σε στοχευμένες ανοσοθεραπείες για καρκίνο. P >

Ο Wang, ο Alfred E. Mann Chair στη Βιοϊατρική Μηχανική και ο Dwight K. And Hildagard E. Baum Chair στη Βιοϊατρική Μηχανική, ηγείται ενός εργαστηρίου αφιερωμένου στην πρωτοποριακή έρευνα σε μηχανικές ανοσοθεραπείες που αξιοποιούν το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα για να χτίσει ένα μελλοντικό οπλοστάσιο στον αγώνα κατά του καρκίνου.

Οι ερευνητές του εργαστηρίου του Wang ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση που στρέφει τους ύπουλους αμυντικούς μηχανισμούς ενός καρκινικού κυττάρου εναντίον του, μετατρέποντας αυτά τα μόρια «ασπίδας» σε στόχους για τα χιμαιρικά κύτταρα Τ του υποδοχέα αντιγόνου (CAR) του εργαστηρίου του Wang, τα οποία είναι προγραμματισμένα να επιτίθενται στον καρκίνο. p>

Η εργασία, που διεξήχθη από τον μεταδιδακτορικό συνεργάτη του εργαστηρίου του Wang, Lingshan Zhu, μαζί με τον Wang, τον μεταδιδακτορικό συνεργάτη Longwei Liu και τους συν-συγγραφείς τους, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ACS Nano.

Η θεραπεία με Τ-λεμφοκύτταρα CAR είναι μια επαναστατική θεραπεία καρκίνου κατά την οποία τα Τ-κύτταρα, ένας τύπος λευκών αιμοσφαιρίων, αφαιρούνται από τον ασθενή και εφοδιάζονται με έναν μοναδικό χιμαιρικό υποδοχέα αντιγόνου (CAR). Το CAR συνδέεται με αντιγόνα που σχετίζονται με καρκινικά κύτταρα, κατευθύνοντας τα Τ κύτταρα να καταστρέψουν τα καρκινικά κύτταρα.

Η τελευταία δουλειά του εργαστηρίου του Wang είναι ένα σχεδιασμένο μονόσωμα για κύτταρα CAR T, το οποίο η ομάδα ονομάζει PDbody, που συνδέεται με την πρωτεΐνη PD-L1 σε ένα καρκινικό κύτταρο, επιτρέποντας στο CAR να αναγνωρίσει το καρκινικό κύτταρο και να μπλοκάρει την άμυνά του. p>

"Φανταστείτε ότι το CAR είναι ένα πραγματικό αυτοκίνητο. Έχετε κινητήρα και βενζίνη. Αλλά έχετε και φρένο. Ουσιαστικά, ο κινητήρας και η βενζίνη σπρώχνουν το CAR T για να προχωρήσει προς τα εμπρός και να καταστρέψει τον όγκο. Αλλά το PD-L1 δρα ως φρένο, που τον σταματά», είπε ο Wang.

Σε αυτήν την εργασία, οι Zhu, Liu, Wang και η ομάδα κατασκεύασαν Τ κύτταρα για να μπλοκάρουν αυτόν τον ανασταλτικό μηχανισμό «φρεναρίσματος» και να μετατρέψουν το μόριο PD-L1 σε στόχο θανάτωσης.

"Αυτό το χιμαιρικό μόριο PDbody-CAR μπορεί να οδηγήσει το CAR T μας να επιτεθεί, να αναγνωρίσει και να καταστρέψει τον όγκο. Ταυτόχρονα, θα μπλοκάρει και θα εμποδίσει το καρκινικό κύτταρο να σταματήσει την επίθεση CAR T. Έτσι, το CAR T μας θα γίνε πιο δυνατός», είπε ο Wang.

Η θεραπεία με Τ-κύτταρα CAR είναι πιο αποτελεσματική για «υγρούς» καρκίνους όπως η λευχαιμία. Ο στόχος για τους ερευνητές ήταν να αναπτύξουν προηγμένα κύτταρα CAR T που μπορούν να διακρίνουν μεταξύ καρκινικών κυττάρων και υγιών κυττάρων.

Το εργαστήριο του Wang διερευνά τρόπους στόχευσης της τεχνολογίας σε όγκους, έτσι ώστε τα κύτταρα CAR T να ενεργοποιούνται στο σημείο του όγκου χωρίς να επηρεάζεται ο υγιής ιστός.

Σε αυτήν την εργασία, η ομάδα εστίασε σε μια εξαιρετικά επεμβατική μορφή καρκίνου του μαστού που εκφράζει την πρωτεΐνη PD-L1. Ωστόσο, το PD-L1 εκφράζεται επίσης από άλλους τύπους κυττάρων. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές εξέτασαν το μοναδικό μικροπεριβάλλον όγκου -τα κύτταρα και οι μήτρες που περιβάλλουν αμέσως τον όγκο- για να διασφαλίσουν ότι το σχεδιασμένο PD σώμα τους θα συνδεόταν πιο συγκεκριμένα με τα καρκινικά κύτταρα.

"Γνωρίζουμε ότι το pH στο μικροπεριβάλλον του όγκου είναι σχετικά χαμηλό - είναι λίγο όξινο", είπε ο Zhu. "Θέλαμε λοιπόν το PD σώμα μας να έχει καλύτερη ικανότητα δέσμευσης σε ένα όξινο μικροπεριβάλλον, το οποίο θα βοηθήσει το PD σώμα μας να διακρίνει τα καρκινικά κύτταρα από άλλα γύρω κύτταρα."

Για να βελτιώσει την ακρίβεια της θεραπείας, η ομάδα χρησιμοποίησε ένα αποκλειστικό σύστημα γενετικής πύλης που ονομάζεται SynNotch, το οποίο διασφαλίζει ότι τα κύτταρα CAR T με σώμα PD επιτίθενται μόνο σε καρκινικά κύτταρα που εκφράζουν μια διαφορετική πρωτεΐνη γνωστή ως CD19, μειώνοντας τον κίνδυνο βλάβης σε υγιή κύτταρα.

"Με απλά λόγια, τα Τ κύτταρα θα ενεργοποιηθούν μόνο στην περιοχή του όγκου χάρη σε αυτό το σύστημα πύλης SynNotch", είπε ο Zhu. "Όχι μόνο το pH είναι πιο όξινο, αλλά η επιφάνεια του καρκινικού κυττάρου θα καθορίσει εάν το Τ κύτταρο ενεργοποιείται, δίνοντάς μας δύο επίπεδα ελέγχου."

Ο Zhu σημείωσε ότι η ομάδα χρησιμοποίησε ένα μοντέλο ποντικιού και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύστημα πύλης SynNotch κατευθύνει τα κύτταρα CAR T με ένα σώμα PD για να ενεργοποιηθούν μόνο στη θέση του όγκου, σκοτώνοντας κύτταρα όγκου και παραμένοντας ασφαλή για άλλα μέρη του ζώου.

Διαδικασία εμπνευσμένη από την εξέλιξη για τη δημιουργία του PDbody

Η ομάδα χρησιμοποίησε υπολογιστικές μεθόδους και εμπνεύστηκε από τη διαδικασία της εξέλιξης για να δημιουργήσει τα προσαρμοσμένα PDbodies της. Η κατευθυνόμενη εξέλιξη είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται στη βιοϊατρική μηχανική για να μιμηθεί τη διαδικασία της φυσικής επιλογής σε εργαστηριακό περιβάλλον.

Οι ερευνητές δημιούργησαν μια κατευθυνόμενη πλατφόρμα εξέλιξης με μια τεράστια βιβλιοθήκη επαναλήψεων της πρωτεΐνης που σχεδίασαν για να ανακαλύψουν ποια έκδοση μπορεί να είναι πιο αποτελεσματική.

"Χρειαζόμασταν να δημιουργήσουμε κάτι που θα αναγνωρίζει το PD-L1 στην επιφάνεια του όγκου", είπε ο Wang.

"Χρησιμοποιώντας την κατευθυνόμενη εξέλιξη, επιλέξαμε έναν μεγάλο αριθμό διαφορετικών μεταλλάξεων μονοσωμάτων για να επιλέξουμε ποια θα συνδεόταν με το PD-L1. Η επιλεγμένη έκδοση έχει αυτά τα χαρακτηριστικά που όχι μόνο μπορούν να αναγνωρίσουν τον όγκο PD-L1, αλλά και να μπλοκάρουν τον ανασταλτικό μηχανισμό, που έχει και στη συνέχεια κατευθύνει το CAR T κύτταρο στην επιφάνεια του όγκου για να επιτεθεί και να καταστρέψει τα κύτταρα του όγκου."

"Φανταστείτε να θέλατε να βρείτε ένα πολύ συγκεκριμένο ψάρι στον ωκεανό - θα ήταν πολύ δύσκολο", είπε ο Liu. "Αλλά τώρα με την πλατφόρμα κατευθυνόμενης εξέλιξης που έχουμε αναπτύξει, έχουμε έναν τρόπο να στοχεύσουμε αυτές τις συγκεκριμένες πρωτεΐνες με την επιθυμητή λειτουργία."

Η ερευνητική ομάδα διερευνά τώρα πώς να βελτιστοποιήσει τις πρωτεΐνες για να δημιουργήσει ακόμα πιο ακριβή και αποτελεσματικά κύτταρα CAR T πριν προχωρήσει σε κλινικές εφαρμογές. Αυτό περιλαμβάνει επίσης την ενσωμάτωση των πρωτεϊνών με τις πρωτοποριακές εστιασμένες εφαρμογές υπερήχων του εργαστηρίου Wang για τον απομακρυσμένο έλεγχο των κυττάρων CAR T έτσι ώστε να ενεργοποιούνται μόνο σε θέσεις όγκου.

"Τώρα έχουμε όλα αυτά τα γενετικά εργαλεία για να χειριστούμε, να ελέγξουμε και να προγραμματίσουμε αυτά τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ώστε να έχουν όσο περισσότερη δύναμη και λειτουργία μπορούν", είπε ο Wang. "Ελπίζουμε να δημιουργήσουμε νέους τρόπους για να κατευθύνουμε τη λειτουργία τους για ιδιαίτερα απαιτητικές θεραπείες συμπαγών όγκων."