Nachricht

Jul 09, 2023

„Intelligentere“ CAR-T-Zellen zielen präzise auf Tumore ab

OBEN: © iStock.com, Selvanegra Chimäre Antigenrezeptor-T-Zellen, besser bekannt als CAR-T-Zellen, sind leistungsstarke Immuntherapeutika, die aus den vorhandenen Immunzellen eines Krebspatienten gewonnen und manipuliert werden

OBEN: © iStock.com, Selvanegra

Chimäre Antigenrezeptor-T-Zellen, besser bekannt als CAR-T-Zellen, sind leistungsstarke Immuntherapeutika, die aus den vorhandenen Immunzellen eines Krebspatienten gewonnen und zur Bekämpfung ihrer spezifischen Tumore entwickelt wurden. Doch so erfolgreich sie bei der Behandlung mancher Krebsarten sind, scheitern sie bei der Behandlung anderer, etwa von Bauchspeicheldrüsentumoren, bei denen clevere Methoden entwickelt werden, um die Erkennung durch das Immunsystem zu umgehen.

Doch solche Misserfolge könnten bald der Vergangenheit angehören: In zwei neuen Mausstudien, die am 15. Dezember in Science veröffentlicht wurden, stellten Forscher Taktiken zur Herstellung manipulierbarer CAR-T-Zellen vor. Die Forscher, die hinter den Arbeiten stehen, sagen, dass sie dank der neuen Ansätze möglicherweise in der Lage sein könnten, die aktuellen Hürden für CAR-T-Therapien zu überwinden. Mit den neuen Techniken können sie steuern, wann und wo CAR-T-Zellen aktiv sind, Tumore zu bestimmten Zeiten angreifen und verhindern, dass CAR-T-Zellen mit der Zeit an Wirksamkeit verlieren, was bei Krebs häufig der Fall ist.

Grégoire Altan-Bonnet, ein Systemimmunologe an den National Institutes of Health (NIH), der eine Perspektive auf beide Studien in Science mitverfasst hat, aber an keiner beteiligt war, weist darauf hin, dass Ärzte Patienten derzeit T-Zellen injizieren, in der Hoffnung, dass die Patienten darauf reagieren die Behandlung. Mit diesen neuen Techniken werden Wissenschaftler in der Lage sein, CAR-T-Zellen zu aktivieren und abzuschalten und „sie tun zu lassen, was wir wollen“, sagt er.

„Wir sehen wirklich eine Beschleunigung dessen, was getan werden kann“, fügt er hinzu. „Wir bauen eine neue Immunantwort auf.“

Chimäre Antigenrezeptoren (CARs) sind synthetische Proteine, die normalen T-Zell-Rezeptoren nachempfunden sind, aber dafür konzipiert sind, sich in Tumoren einzunisten. CARs werden in die eigenen T-Zellen eines Patienten eingebaut und versorgen so das Immunsystem des Patienten mit einer Armee von Zellen, die bereit sind, alle gefundenen Krebszellen zu bekämpfen. Aber diese Armee hat Schwierigkeiten, solide Krebsarten zu bekämpfen, sagt Wendell Lim, Zell- und Molekularbiologe an der University of California, San Francisco und Mitautor einer der Studien, weil die Umgebung des Tumors immunsuppressiv ist und CARs blockiert, wodurch die manipulierten Zellen davon abgehalten werden ihr Ziel entdecken.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, das Immunsystem eines Patienten umfassend zu stärken, um die Unterdrückung um den Tumor herum auszugleichen. Da die Tumore jedoch über einen Zeitraum von Wochen oder länger wachsen, müssen solche Immunstärkungen genauso lange anhalten – und eine anhaltende Immunaktivität kann dazu führen, dass T-Zellen in einen „erschöpften“ Zustand geraten, in dem sie Krebszellen nicht mehr wirksam abtöten können . Also machte sich Lim daran, das Problem der Immunsuppression rund um den Tumor zu lösen.

Wir sehen wirklich eine Beschleunigung dessen, was getan werden kann. Wir bauen eine neue Immunantwort auf.“

Er und sein Labor haben zunächst CAR-T-Zellen so manipuliert, dass sie IL-2 produzieren, ein immunstärkendes Zytokin, von dem bekannt ist, dass es das T-Zell-Wachstum stimuliert. Lim sagt, dass IL-2 T-Zellen effektiver bei der Infiltration solider Tumoren und der Rekrutierung anderer T-Zellen für den Angriff macht, aber wenn das Zytokin systemisch in hohen Dosen verabreicht wird, kann es gefährliche Nebenwirkungen haben, so dass eine lokale Verabreichung unerlässlich ist.

Leider ist es eine schwierige Aufgabe, IL-2 dorthin zu bringen, wo es benötigt wird und nirgendwo sonst. CAR-T-Zellen werden aktiviert, wenn ihre CARs an Tumorantigene binden. Theoretisch würde die Manipulation dieser Zellen zur Produktion von IL-2 bei Aktivierung zu einer tumorspezifischen Freisetzung des Zytokins führen. Aber das funktioniert nicht, wenn die CARs blockiert werden, also gaben Lim und Kollegen den Zellen einen alternativen aktivierenden Rezeptor namens synNotch, von dem sie voraussagten, dass er in der Lage sein würde, die immunsuppressiven Taktiken eines Tumors zu umgehen.

In menschlichen Zellen konnte synNotch in vitro an die Antigene eines Tumors binden und so die CAR-T-Zellen mit zwei Rezeptoren aktivieren und dazu antreiben, IL-2 freizusetzen. Die IL-2-Freisetzung führte dazu, dass sich manipulierte CAR-T-Zellen und kokultivierte, nicht manipulierte T-Zellen vermehrten und sich auf den Kampf gegen den Tumor vorbereiteten. In einem Folgeexperiment injizierten die Forscher die neu entwickelten synNotch-haltigen CAR-T-Zellen in Mäuse mit Bauchspeicheldrüsentumoren und Melanomen. Innerhalb von 60 Tagen nach der Injektion schrumpften die T-Zellen oder beseitigten die Tumore.

„Was wir hier herausgefunden haben, ist, dass wir dadurch Zellen herstellen konnten, die sehr, sehr schwierige Krebsarten wie Bauchspeicheldrüsenkrebs abtöten konnten“, sagt Lim und fügt hinzu, dass er von den Ergebnissen begeistert sei, weil sie zeigen, „dass eine Umgestaltung möglich ist.“ eine unterdrückende Tumorumgebung.“

„Sie haben eine intelligentere CAR-T-Zelle hergestellt“, sagt Michael Z. Lin, ein Bioingenieur an der Stanford University, der an keiner der beiden Studien beteiligt war, und beschreibt Lims Arbeit als „großartig“.

Während Lim und sein Team CAR-T-Zellen die Fähigkeit zur Selbstaktivierung verliehen, fand das Labor des Immunologen Ahmad Khalil an der Boston University einen anderen Weg, CAR-T-Zellen dazu zu bringen, bei Bedarf IL-2 zu produzieren, was sie in der anderen gestern veröffentlichten Science-Studie beschrieben.

Das Team habe es sich zum Ziel gesetzt, bestehende Krebsmedikamente zu nutzen, um bestimmte CAR-T-Zell-Gene anzuschalten, erklärt er. Auf diese Weise könnten sie bestimmte Gene zu bestimmten Zeiten aktivieren und die Aktivität der Zellen regulieren. Dies gelang ihnen durch die Herstellung synthetischer Transkriptionsfaktoren auf der Grundlage kleiner, sandwichförmiger Aminosäuresequenzen, sogenannter Zinkfinger, die an DNA binden. Jedes dieser synZFTRs, wie sie ihre neuen Proteine ​​nannten, war so konzipiert, dass sie nur in Gegenwart eines etablierten Arzneimittels an ihre Zielsequenz binden. Auf diese Weise „bauten wir diese ‚Genschalter‘, die durch diese von der FDA zugelassenen Medikamente aktiviert oder aktiviert und reguliert werden können“, erklärt Khalil.

Anschließend versuchte das Team mit seinen Schaltern, die CAR-Expression in T-Zellen zu kontrollieren. Und es funktionierte: Sie waren in der Lage, die CAR-Expression als Reaktion auf das Krebsmedikament Tamoxifen zu induzieren und CAR-T-Zellen von einem „Aus“-Zustand in einen tumorzielenden „An“-Zustand zu versetzen.

In einem anderen Experiment verwendeten sie einen separaten synZFTR mit einem anderen Medikament, um die IL-2-Freisetzung in T-Zellen ohne CAR-Rezeptoren zu induzieren. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, die IL-2-gesteuerte Proliferation sowohl in vitro als auch bei Mäusen auszulösen. „Diese Art der Stimulierung der Verbreitung auf Abruf könnte ein Weg sein. . . um T-Zellen wieder in Schwung zu bringen“, sagt Khalil, nachdem sie erschöpft sind.

Ich denke, die Hoffnung besteht darin, dass es die Fantasie der Forscher anregt und uns zum Nachdenken anregt, wie wir unsere Zellen anspruchsvoller und intelligenter gestalten können.

Schließlich testeten sie, ob sie beide Schalter gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten im selben Tier betätigen konnten. Theoretisch, sagt Khalil, könnte dies es Forschern ermöglichen, T-Zellen fernzusteuern, um bestimmte Funktionen zu einem bestimmten Zeitpunkt auszuführen. „T-Zellen übernehmen je nach Kombination und Zeitpunkt der Signale, die sie empfangen, unterschiedliche [Funktionen]“, sagt Khalil. „Also fragten wir: ‚Können wir das synthetisch nachahmen?‘ Und die kurze Antwort ist ja.“

Indem sie zwei Medikamente verabreichten, um unterschiedliche Genschalter zu aktivieren, fanden die Forscher heraus, dass sie T-Zellen anweisen konnten, zu unterschiedlichen Zeitpunkten CAR und dann IL-2 zu produzieren. In einem Mausmodell für Bauchspeicheldrüsenkrebs stellten die Forscher fest, dass die Induktion dieser sequentiellen Aktivierung (zuerst CAR, dann IL-2) bei der Beseitigung von Tumoren wirksamer war als die alleinige oder gleichzeitige Behandlung.

Khalil sagt, dass diese Art der Transkriptionskontrolle es Forschern ermöglichen könnte, Zelltypen zu programmieren und ihre Aktivität zu kontrollieren, obwohl das „etwas weit in der Ferne liegt“, gibt er zu. „Aber ich denke, die Hoffnung besteht darin, dass es die Fantasie der Forscher anregt und uns zum Nachdenken anregt, wie wir unsere Zellen anspruchsvoller und intelligenter gestalten können.“

Obwohl die Ansätze von Lim und Khalil unabhängig voneinander entwickelt wurden, könnten sie kombiniert werden, um fein abgestimmte Immuntherapien zu entwickeln, sagt Altan-Bonnet. Gemeinsam könnten die beiden Ansätze genutzt werden, um CAR-T-Zellen zu entwickeln, die nur bei Bedarf aktiviert werden.

Die Technologie des Lim-Labors könnte T-Zellen zu Tumoren leiten, wo sie das Signal zum Angriff erhalten würden. Mit der Technologie aus Khalils Studie könnten Forscher dann genau steuern, wie dieser Angriff aussieht, und sogar die Zellen abschalten, um zu verhindern, dass sie den Punkt der Erschöpfung erreichen, schlägt Altan-Bonnet vor. Auf diese Weise könnten „Forscher T-Zellen mit mehreren Werkzeugen ausstatten, die sie benötigen, um Tumore zu bekämpfen“, sagt Altan-Bonnet, und die systemische Verabreichung von Therapien wie IL-2, die schlimme Nebenwirkungen haben können, überflüssig machen.

Sowohl Lim als auch Khalil hoffen, ihre Ergebnisse in Zukunft in die Klinik bringen zu können.