Pretvaranje "štita" tumora u oružje protiv njega samog

Prema Peteru Insiu Wangu, tumorske stanice su "lukave". Imaju zlokobne načine izbjegavanja ljudskih imunoloških odgovora koji se bore protiv ovih kancerogenih napadača. Tumorske stanice izražavaju molekule liganda programirane smrti 1 (PD-L1), koje djeluju kao zaštitni štit koji potiskuje naše imunološke stanice, stvarajući prepreku ciljanim imunoterapijama raka. p >

Wang, katedra za biomedicinsko inženjerstvo Alfreda E. Manna i katedra za biomedicinsko inženjerstvo Dwighta K. I Hildagarda E. Bauma, vodi laboratorij posvećen pionirskom istraživanju osmišljenih imunoterapija koje iskorištavaju ljudski imunološki sustav za izgradnju budućeg arsenala u borbi protiv raka.

Istraživači Wangovog laboratorija razvili su novi pristup koji okreće podmukle obrambene mehanizme tumorske stanice protiv njih samih, pretvarajući ove molekule "štita" u mete za T stanice himernog antigenskog receptora (CAR) Wangovog laboratorija, koje su programirane za napad na rak. p>

Rad koji je vodio Wangov postdoktorand Lingshan Zhu, zajedno s Wangom, postdoktorandom Longwei Liuom i njihovim koautorima, objavljen je u časopisu ACS Nano.

CAR T-stanična terapija revolucionarno je liječenje raka u kojem se T-stanice, vrsta bijelih krvnih stanica, uklanjaju iz pacijenta i opremaju jedinstvenim kimernim antigenskim receptorom (CAR). CAR se veže na antigene povezane sa stanicama raka, usmjeravajući T stanice da unište stanice raka.

Posljednji rad Wangovog laboratorija je dizajnirano jedno tijelo za CAR T stanice, koje tim naziva PDbody, koje se veže na protein PD-L1 na stanici raka, omogućujući CAR-u da prepozna tumorsku stanicu i blokira njezinu obranu. p>

"Zamislite da je CAR pravi auto. Imate motor i benzin. Ali imate i kočnicu. U biti, motor i benzin guraju CAR T da krene naprijed i uništi tumor. Ali PD-L1 djeluje kao kočnica, koja ga zaustavlja", rekao je Wang.

U ovom su radu Zhu, Liu, Wang i tim projektirali T stanice da blokiraju ovaj inhibicijski mehanizam "kočenja" i pretvore molekulu PD-L1 u metu za ubijanje.

"Ova himerna molekula PDbody-CAR može navesti naš CAR T da napadne, prepozna i uništi tumor. U isto vrijeme, blokirat će i spriječiti stanicu tumora da zaustavi CAR T napad. Stoga će naš CAR T biti moćniji", rekao je Wang.

Terapija CAR T-stanicama najučinkovitija je za "tekuće" vrste raka kao što je leukemija. Cilj istraživača bio je razviti napredne CAR T stanice koje mogu razlikovati stanice raka od zdravih stanica.

Wangov laboratorij istražuje načine usmjeravanja tehnologije na tumore tako da se CAR T stanice aktiviraju na mjestu tumora bez utjecaja na zdravo tkivo.

U ovom radu tim se usredotočio na visoko invazivni oblik raka dojke koji eksprimira protein PD-L1. Međutim, PD-L1 eksprimiraju i druge vrste stanica. Stoga su istraživači promatrali jedinstveno tumorsko mikrookruženje — stanice i matrice koje neposredno okružuju tumor — kako bi osigurali da se njihovo dizajnirano PDtijelo specifičnije veže na stanice raka.

"Znamo da je pH u mikrookruženju tumora relativno nizak—malo je kiseo", rekao je Zhu. "Zato smo htjeli da naše PD tijelo ima bolju sposobnost vezanja u kiselom mikrookruženju, što će pomoći našem PD tijelu da razlikuje tumorske stanice od drugih okolnih stanica."

Kako bi se poboljšala preciznost liječenja, tim je koristio vlasnički sustav genetskih vrata nazvan SynNotch, koji osigurava da CAR T stanice s PDtijelom napadaju samo stanice raka koje izražavaju drugačiji protein poznat kao CD19, smanjujući rizik od oštećenja zdravih stanica.

"Jednostavno rečeno, T stanice će se aktivirati samo na mjestu tumora zahvaljujući ovom SynNotch sustavu prolaza", rekao je Zhu. "Ne samo da je pH kiseliji, već će površina tumorske stanice odrediti je li T stanica aktivirana, što nam daje dvije razine kontrole."

Zhu je primijetio da je tim koristio mišji model, a rezultati su pokazali da SynNotch gating sustav usmjerava CAR T stanice s PDtijelom da se aktiviraju samo na mjestu tumora, ubijajući tumorske stanice i ostajući sigurni za druge dijelove životinje.

Proces inspiriran evolucijom za stvaranje PDbodya

Tim je koristio računalne metode i uzeo inspiraciju iz procesa evolucije za izradu svojih prilagođenih PD tijela. Usmjerena evolucija je proces koji se koristi u biomedicinskom inženjerstvu za oponašanje procesa prirodne selekcije u laboratorijskom okruženju.

Istraživači su stvorili platformu usmjerene evolucije s divovskom bibliotekom iteracija njihovog dizajniranog proteina kako bi otkrili koja bi verzija mogla biti najučinkovitija.

"Morali smo stvoriti nešto što će prepoznati PD-L1 na površini tumora", rekao je Wang.

"Upotrebom usmjerene evolucije odabrali smo velik broj različitih mutacija jednog tijela kako bismo odabrali koja će se vezati za PD-L1. Odabrana verzija ima ove značajke koje ne samo da mogu prepoznati tumor PD-L1, već i blokirati inhibicijski mehanizam, koje ima, a zatim usmjeriti CAR T stanicu na površinu tumora kako bi napala i uništila tumorske stanice."

"Zamislite da želite pronaći vrlo specifičnu ribu u oceanu - to bi bilo stvarno teško", rekao je Liu. "Ali sada s platformom usmjerene evolucije koju smo razvili, imamo način ciljanja ovih specifičnih proteina sa željenom funkcijom."

Istraživački tim sada istražuje kako optimizirati proteine za stvaranje još preciznijih i učinkovitijih CAR T stanica prije prelaska na kliničke primjene. To također uključuje integraciju proteina s revolucionarnim ultrazvučnim aplikacijama Wangovog laboratorija za daljinsko upravljanje CAR T stanicama tako da se aktiviraju samo na mjestima tumora.

"Sada imamo sve te genetske alate za manipulaciju, kontrolu i programiranje ovih imunoloških stanica da imaju što više snage i funkcije", rekao je Wang. "Nadamo se da ćemo stvoriti nove načine za usmjeravanje njihove funkcije za posebno izazovne tretmane solidnih tumora."