Premena „štítu“ nádoru na zbraň proti sebe

Podľa Petra Insia Wanga sú nádorové bunky „prefíkané“. Majú zlovestné spôsoby, ako sa vyhnúť ľudským imunitným reakciám, ktoré bojujú s týmito rakovinovými útočníkmi. Nádorové bunky exprimujú molekuly ligandu 1 programovanej smrti (PD-L1), ktoré pôsobia ako ochranný štít, ktorý potláča naše imunitné bunky, čím vytvára prekážku cieleným protirakovinovým imunoterapiám.. P >

Wang, vedúci katedry Alfreda E. Manna v odbore biomedicínskeho inžinierstva a katedry Dwighta K. A Hildagard E. Baumových v odbore biomedicínske inžinierstvo, vedie laboratórium venované priekopníckemu výskumu umelých imunoterapií, ktoré využívajú ľudský imunitný systém na vybudovanie budúceho arzenálu v boji proti rakovine.

Výskumníci z Wangovho laboratória vyvinuli nový prístup, ktorý obracia zákerné obranné mechanizmy nádorovej bunky proti sebe samej a premieňa tieto „štítové“ molekuly na ciele pre T bunky chimérického antigénneho receptora (CAR) Wangovho laboratória, ktoré sú naprogramované tak, aby napadli rakovinu. p>

Práca, ktorú viedol Wangov postdoktorand z laboratória Lingshan Zhu spolu s Wangom, postdoktorandom Longwei Liu a ich spoluautormi, bola publikovaná v časopise ACS Nano.

CAR T-bunková terapia je revolučná liečba rakoviny, pri ktorej sú T-bunky, typ bielych krviniek, odstránené z pacienta a vybavené jedinečným chimérickým antigénovým receptorom (CAR). CAR sa viaže na antigény spojené s rakovinovými bunkami, čím smeruje T bunky k ničeniu rakovinových buniek.

Najnovšia práca Wangovho laboratória je navrhnutá monobody pre CAR T bunky, ktorú tím nazýva PDbody, ktorá sa viaže na proteín PD-L1 na rakovinovej bunke, čo umožňuje CAR rozpoznať nádorovú bunku a blokovať jej obranu.

p>

"Predstavte si, že CAR je skutočné auto. Máte motor a benzín. Ale máte aj brzdu. V podstate motor a benzín tlačia CAR T vpred a zničia nádor. Ale PD-L1 pôsobí ako brzda, ktorá ho zastaví,“ povedal Wang.

V tejto práci Zhu, Liu, Wang a tím vytvorili T bunky, aby blokovali tento inhibičný „brzdiaci“ mechanizmus a zmenili molekulu PD-L1 na cieľ zabíjania.

"Táto chimérická molekula PDbody-CAR môže viesť náš CAR T k napadnutiu, rozpoznaniu a zničeniu nádoru. Zároveň zablokuje a zabráni nádorovej bunke zastaviť útok CAR T. Naša CAR T bude teda byť silnejší,“ povedal Wang.

Terapia CAR T-buniek je najúčinnejšia pri „tekutých“ rakovinách, ako je leukémia. Cieľom výskumníkov bolo vyvinúť pokročilé CAR T bunky, ktoré dokážu rozlíšiť medzi rakovinovými bunkami a zdravými bunkami.

Wangovo laboratórium skúma spôsoby, ako zacieliť technológiu na nádory, aby sa bunky CAR T aktivovali v mieste nádoru bez ovplyvnenia zdravého tkaniva.

V tejto práci sa tím zameral na vysoko invazívnu formu rakoviny prsníka, ktorá exprimuje proteín PD-L1. Avšak PD-L1 je tiež exprimovaný inými typmi buniek. Preto sa výskumníci zamerali na jedinečné mikroprostredie nádoru – bunky a matrice bezprostredne obklopujúce nádor – aby zabezpečili, že ich navrhnuté telo PD sa bude špecifickejšie viazať na rakovinové bunky.

"Vieme, že pH v mikroprostredí nádoru je relatívne nízke - je to trochu kyslé," povedal Zhu. "Takže sme chceli, aby naše telo PD malo lepšiu väzbovú schopnosť v kyslom mikroprostredí, čo pomôže nášmu telu PD rozlíšiť nádorové bunky od iných okolitých buniek."

Na zlepšenie presnosti liečby tím použil patentovaný systém genetickej brány s názvom SynNotch, ktorý zaisťuje, že bunky CAR T s telom PD napádajú iba rakovinové bunky, ktoré exprimujú iný proteín známy ako CD19, čím sa znižuje riziko poškodenia zdravých buniek.

"Jednoducho povedané, T bunky budú aktivované iba v mieste nádoru vďaka tomuto systému hradlovania SynNotch," povedal Zhu. "Nielen, že pH je kyslejšie, ale povrch nádorovej bunky určí, či je T bunka aktivovaná, čo nám dáva dve úrovne kontroly."

Zhu poznamenal, že tím použil myšací model a výsledky ukázali, že systém hradlovania SynNotch riadi CAR T bunky s PDbody, aby sa aktivovali iba v mieste nádoru, čím zabíjali nádorové bunky a zostali bezpečné pre ostatné časti zvieraťa.

Evolúciou inšpirovaný proces vytvorenia tela PD

Tím použil výpočtové metódy a inšpiroval sa procesom evolúcie na vytvorenie vlastných PDbodies. Riadená evolúcia je proces používaný v biomedicínskom inžinierstve na napodobňovanie procesu prirodzeného výberu v laboratórnom prostredí.

Výskumníci vytvorili platformu riadenej evolúcie s obrovskou knižnicou iterácií ich navrhnutého proteínu, aby zistili, ktorá verzia by mohla byť najúčinnejšia.

"Potrebovali sme vytvoriť niečo, čo by rozpoznalo PD-L1 na povrchu nádoru," povedal Wang.

"Pomocou riadenej evolúcie sme vybrali veľké množstvo rôznych monobody mutácií, aby sme vybrali, ktorá z nich sa naviaže na PD-L1. Vybraná verzia má tieto vlastnosti, ktoré dokážu nielen rozpoznať nádorový PD-L1, ale aj blokovať inhibičný mechanizmus, ktoré má, a potom nasmeruje CAR T bunku na povrch nádoru, aby napadla a zničila nádorové bunky.“

„Predstavte si, že by ste chceli v oceáne nájsť veľmi špecifickú rybu – bolo by to naozaj ťažké,“ povedal Liu. "Ale teraz s platformou riadenej evolúcie, ktorú sme vyvinuli, máme spôsob, ako zacieliť na tieto špecifické proteíny s požadovanou funkciou."

Výskumný tím teraz skúma, ako optimalizovať proteíny, aby sa vytvorili ešte presnejšie a efektívnejšie CAR T bunky pred prechodom na klinické aplikácie. To zahŕňa aj integráciu proteínov s prelomovými ultrazvukovými aplikáciami Wangovho laboratória na diaľkové ovládanie CAR T buniek, aby sa aktivovali iba v miestach nádoru.

"Teraz máme všetky tieto genetické nástroje na manipuláciu, kontrolu a programovanie týchto imunitných buniek tak, aby mali čo najväčšiu silu a funkciu," povedal Wang. "Dúfame, že vytvoríme nové spôsoby, ako nasmerovať ich funkciu na obzvlášť náročné liečby solídnych nádorov."