Ученые Калифорнийского университета в Сан-Франциско создали новый класс настраиваемых биологических датчиков, которые можно использовать для формирования "логические ворота" внутри клеток иммунной системы, давая этим клеткам возможность сосредоточиться и убивать широкий спектр раковых клеток, не позволяя им атаковать нормальные ткани.
Как сообщается в двух сопутствующих статьях, опубликованных в январе. 28 в онлайн-издании Cell, помимо их потенциала для обеспечения столь необходимой точности и безопасности в форме иммунотерапии рака, известной как CAR T-клеточная терапия, эти универсальные новые сенсоры, известные как рецепторы synNotch, также могут быть вставлены в клетки. такие как нервные и мышечные клетки. Рецепторы могут найти применение в регенеративной медицине, при лечении аутоиммунных заболеваний и в фундаментальных биологических исследованиях.
"Рецепторы SynNotch предоставляют нам один из самых гибких способов перепрограммировать поведение и функции практически любой клетки," сказал Венделл А. Лим, доктор философии, председатель и профессор клеточной и молекулярной фармакологии в UCSF и старший автор двух новых статей. "Одно из самых интересных приложений – инженерия терапевтических клеток – теперь мы можем предоставить этим клеткам высокоточные инструкции о том, как распознавать болезнь и реагировать на нее."
Терапия CAR Т-клетками часто упоминается в новостях из-за ее беспрецедентного успеха в лечении формы рака крови, известной как острый лимфобластный лейкоз или ОЛЛ. CAR T-клетки называются так потому, что сконструированный рецептор химерного антигена – рецептор T-клетки с антителом "голова" который распознает специфическую молекулу, связанную с раком, называемую антигеном, – вставляется в Т-клетки иммунной системы, чтобы направлять их к опухолевым клеткам, которые они затем убивают.
Терапия хорошо работает при ОЛЛ, потому что болезнь поражает белые кровяные тельца, известные как В-клетки, все из которых несут уникальный антиген, известный как CD19. Путем конструирования головки антитела CAR для нацеливания на CD19 можно избирательно уничтожать В-клетки. Однако основным побочным эффектом этого лечения является то, что здоровые В-клетки, несущие антиген CD19, также удаляются с помощью CAR T-терапии, и пациенты обычно способны переносить эту потерю.
Но терапия CAR Т-клетками не была эффективной против солидных опухолей, поражающих молочную железу, простату, мозг, легкие и другие органы, потому что, в отличие от В-клеток, в этих опухолях нет единого целевого антигена, который также не обнаружен. в здоровых клетках. В результате терапия CAR-Т-клетками, направленная на антигены в солидных опухолях, вызвала серьезные, иногда летальные побочные эффекты, когда здоровые ткани также подвергались атаке CAR-T-клеток.
Чтобы обойти эту проблему, сказал Лим, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и директор Центра системной и синтетической биологии UCSF, CAR T-клетки должны иметь возможность точно различать раковые и здоровые клетки. Команда UCSF достигла этой цели с помощью synNotch, используя новый датчик для создания сотовой связи "И ворота" который наделяет Т-клетки такой точностью, которую логические условия поиска привносят в поисковые системы в Интернете. Фактически, synNotch может направлять Т-клетки для выполнения таких задач, как: "найти клетки с опухолевым антигеном А, но активировать программу уничтожения Т-клеток только тогда, когда также присутствует опухолевый антиген В."
Рецептор synNotch – это модифицированная версия природного рецептора Notch, который играет решающую роль в развитии организма от эмбриона до взрослого человека. Notch, который проникает сквозь стенки клеток, как соломинка через скорлупу кокосового ореха, работает уникальным образом. Когда часть Notch, выступающая за пределы клетки, распознает конкретную молекулу-мишень, часть внутри клетки высвобождается, освобождая эту часть для перемещения в ядро клетки, где она включает или выключает определенные гены.
Команда UCSF под руководством доктора философии Леонардо Морсута и Коле Т. Ройбал, доктор философии, оба постдокторанты в лаборатории Лим, обнаружили, что они могут использовать эту необычную конфигурацию, заменив компоненты Notch, которые находятся снаружи и внутри клетки, на компоненты, которые соответствуют желаемой биологической функции. Продуктом этой модульной инженерной стратегии является synNotch, рецептор, который может распознавать любую целевую молекулу и в ответ выполнять любую генетическую программу.
Для версии synNotch, описанной в Cell, Ройбал настроил внеклеточную часть Notch так, чтобы рецептор распознавал антиген, обнаруженный в опухолях, и вставил рецептор synNotch в Т-клетки. Внутриклеточная часть Notch также была изменена, чтобы активировать гены, необходимые для создания CAR в той же клетке. CAR был разработан для распознавания опухолевого антигена, отличного от антигена, распознаваемого рецептором synNotch.
Затем исследователи имплантировали мышам две разные опухоли, одна из которых экспрессирует только антиген, нацеленный на CAR, а другая – как антиген, распознаваемый CAR, так и антиген, распознаваемый рецептором synNotch.
Когда мышам вводили Т-клетки, оснащенные synNotch, Т-клетки не атаковали опухоли, экспрессирующие только антиген, нацеленный на CAR, поскольку активация synNotch, необходимая для присутствия CAR, не происходила. Однако, если присутствовали оба антигена, активация synNotch вызывала экспрессию рецептора CAR, который затем распознавал второй антиген и запускал программу уничтожения Т-клеток.
Т-клетки, оснащенные synNotch, были удивительно эффективными и селективными: они полностью уничтожали опухоли, экспрессирующие оба антигена, и эффект был устойчивым – все мыши, несущие эти двойные антигенные опухоли, остались живы, когда эксперименты были завершены, через 30 дней после лечения.
Лим сказал, что можно вставить несколько рецепторов synNotch в CAR Т-клетки, но он считает, что для значительного повышения селективности этих клеток может потребоваться только один-три рецептора synNotch. По его словам, с помощью геномного секвенирования можно будет идентифицировать уникальные комбинации белков, которые встречаются только в опухоли пациента, а не в его или ее здоровых клетках, а затем создать synNotch CAR T-клетки для точного нацеливания на рак.
"Виды искусственно созданных Т-клеток, которые мы теперь можем создать, дают нам захватывающий потенциал для создания точных терапевтических средств против рака, которые используют всю геномную и протеомную информацию, которую мы в настоящее время собираем о болезнях," сказал Лим. "Эта геномная информация теперь становится применимой."