Солидная опухоль состоит из гетерогенной популяции клеток, которые отличаются друг от друга типом поверхностных молекул. В статье, опубликованной сегодня в Журнале клинических исследований, исследователи из Медицинского колледжа Бейлора, Детского онкологического центра Техаса и Центра клеточной и генной терапии в Бейлоре, Детской больницы Техаса и Методистской больницы Хьюстона демонстрируют новую стратегию, основанную на нацеливании на конкретные цели. поверхностные молекулы, которые устраняют большую часть раковых клеток в мышиной модели глиобластомы, предотвращают ускользание опухоли, лучше контролируют опухоли и улучшают выживаемость животных.
"Опухоли – это сообщество гетерогенных клеток, которые используют эту гетерогенность в своих интересах," сказал старший автор д-р. Набиль Ахмед, доцент педиатрии Детского онкологического центра Бейлора и Техаса.
Исследователи хотели понять, что происходит с опухолями, когда лечение нацелено на одну поверхностную молекулу. Первый автор Dr. Минакши Хегде, доцент педиатрии в Baylor, работала с опухолевыми клетками глиобластомы в лаборатории и на мышиной модели глиобластомы. Она нацелила единственную поверхностную молекулу на опухолевые клетки с помощью Т-лимфоцитов рецептора химерного антигена или Т-клеток CAR. CAR Т-клетки – это Т-клетки – тип иммунных клеток, участвующих в защите от опухолей, – которые были запрограммированы на распознавание и уничтожение опухолевых клеток, несущих один специфический антиген на поверхности раковых клеток, с помощью искусственной молекулы, экспрессируемой на их поверхности, CAR.
Хегде спросил, что происходит с опухолью, когда мы нацелены на один антиген на опухолевые клетки с помощью CAR Т-клеток? CAR Т-клетки удаляли клетки, на поверхности которых была цель, которую они были запрограммированы распознавать, оставляя клетки без мишени. Когда Хегде проводила этот эксперимент на мышиной модели, она заметила, что, хотя часть опухоли была устранена CAR-Т-клетками, со временем опухоль рецидивировала. Рецидивирующие опухолевые клетки не несли мишень, которую распознавали CAR Т-клетки, а вместо этого несли другие поверхностные молекулы.
Эти результаты научили исследователей, что "нацеливание одного типа поверхностной молекулы на опухоль убивает только клетки, несущие этот антиген. Клетки, которые не несут поверхностную молекулу, сохраняются и могут продолжать расти. Они становятся клетками, вызывающими рецидив," сказал Ахмед. Затем исследователи проверили, что произойдет, если они будут использовать CAR T-клетки для одновременной нацеливания на две разные молекулы на поверхности опухоли. Они обнаружили, что "если мы нацелены на более чем один антиген, у нас будет больше шансов предотвратить побег опухоли," сказал Ахмед.
Отобранные исследователями антигены, названные HER2 и IL13Rα2, являются хорошими кандидатами для терапии опухолей, поскольку они экспрессируются на поверхности большинства клеток глиобластомы, но экспрессируются в очень низких количествах в нормальных тканях организма. Это важно для минимизации нацеливания CAR Т-клеток и их уничтожения нормальных клеток.
Исследователи определили, что произошло бы, если бы CAR на Т-клетках, которые связывались с HER2 и IL13Rα2, были одиночными двухвалентными молекулами; то есть одна молекула, которая может связывать оба антигена одновременно. Когда Т-клетки распознают HER2 и IL13Rα2 одновременно через одну двухвалентную молекулу CAR, противоопухолевый "активность была намного выше, чем при использовании отдельных молекул CAR," сказал Ахмед.
Эффект CAR Т-клеток, распознающих HER2 и IL13Rα2 одновременно, был больше, чем добавление эффектов индивидуального распознавания молекул. "Активность супер аддитивная," сказал Ахмед.
Затем Хегде и Ахмед захотели визуализировать, что происходит между бивалентными Т-клетками CAR и клетками глиобластомы.
"Сначала мы попытались ответить на этот вопрос с помощью визуализации макромолекул, поэтому мы объединились с доктором. Мэтью Бейкер, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии Бейлора и Национального центра макромолекулярной визуализации в Хьюстоне," сказал Ахмед. "С помощью этой технологии мы смоделировали подгонку молекул – HER2 и IL13Rα2 с двухвалентными CAR, которые нацелены на них одновременно. Мы определили, что энергия подходила для этого трехстороннего соответствия, двухвалентная молекула CAR и как HER2, так и IL13Rα2. CAR, возможно, мог бы связывать обе молекулы-мишени в тандеме. Поэтому мы назвали его тандемным автомобилем или TanCAR."
Следующим естественным шагом была попытка визуализировать, что на самом деле происходит между Т-клетками TanCAR и клетками глиобластомы, когда они взаимодействуют друг с другом. "Мы пошли в Центр иммунобиологии человека при Техасской детской больнице, где директор доктор Др. Джордан Ориндж из Бэйлора и его коллеги обладают передовыми знаниями в области визуализации иммунологических синапсов," сказал Ахмед. Оранж, профессор педиатрии – ревматологии, и д-р. Малини Мукерджи, научный сотрудник отдела педиатрии – иммунобиологии человека, использовала новую технологию под названием микроскопия с истощением излучения (STED), которая снижает разрешение до менее 150 нанометров, что близко к обнаружению отдельной молекулы. Впервые такая технология была использована для визуализации иммунных синапсов CAR.
"С помощью STED мы были поражены, увидев, что когда Т-клетки TanCAR и клетки глиобластомы касаются друг друга, они образуют концентрированный диск поверхностных молекул, иммунологический синапс. Как только CAR объединяют поверхностные антигены глиобластомы, это запускает активацию внутри Т-клеток, что приводит к гибели клеток глиобластомы. Простое объединение HER2 и IL13Rα2 приводит к гибели раковых клеток," сказал Ахмед.
Исследователи ожидают, что лечение солидных опухолей Т-клетками TanCAR может дать многообещающие результаты в клинических испытаниях. "Когда мы нацелены на отдельную сущность в опухоли, опухоль находит способ продолжать жить без нее. Но когда мы нацелены на две сущности одновременно с Т-клетками TanCAR, мы даем возможность Т-клеткам более конкретно и эффективно уничтожать опухолевые клетки. Две лучше чем одна," сказал Ахмед.