Назад
С помощью множества инструментов, позволяющих обмануть иммунные клетки, исследователи расширяют репертуар CAR-T терапии.
Кристал Маколл помнит свой скептицизм, когда она впервые услышала доклад о способе создания Т-клеток, распознающих и убивающих рак. Сидя в аудитории на встрече в 1996 году в Германии, детский онколог повернулась к сидящему рядом с ней человеку и сказала: "Не может быть. Это слишком безумно".
Сегодня все иначе. "Я смирилась", - говорит Маколл, которая сейчас работает в Стэнфордском университете в Калифорнии, разрабатывая такие клетки для лечения опухолей мозга. В 2017 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило первые модифицированные Т-клетки, называемые химерными антигенными рецепторами (CAR)-Т-клетками, для лечения одной из форм лейкемии. Эти методы лечения стали революционными для нескольких видов рака. Пять аналогичных препаратов были одобрены, и их получили более 20 000 человек.
В этой области, которую когда-то возглавляла горстка упорных исследователей, сегодня работают сотни лабораторных групп в академических и промышленных кругах. В настоящее время проводится более 500 клинических испытаний, и другие методики готовятся перейти из лаборатории в клинику, поскольку исследователи стремятся усовершенствовать конструкцию Т-клеток и расширить их возможности. "В ближайшие годы эта область выйдет далеко за пределы рака", - прогнозирует Макколл.
Достижения в области редактирования генома с помощью таких технологий, как CRISPR, и способность перестраивать клетки с помощью синтетической биологии привели к появлению все более сложных подходов для модификации и усиления Т-клеток для терапии. Такие методы дают инструменты для борьбы с некоторыми ограничениями нынешних CAR-T терапий, которые дороги в производстве, могут иметь опасные побочные эффекты и до сих пор были успешны только против рака крови. "Эти методы расширили возможности CAR-терапии", - утверждает Эйвери Поузи, исследователь иммунологии рака из Университета Пенсильвании. "Это действительно продвинет данный тип технологии вперед".
Тем не менее, проблема создания такого "живого лекарства" из клеток человека выходит за рамки сложного дизайна. Для многих новейших кандидатов еще предстоит решить проблемы безопасности и производства. "Сейчас происходит бурный рост очень причудливых вещей, и я думаю, что это здорово", - говорит иммунолог Мишель Саделайн из онкологического центра Memorial Sloan Kettering в Нью-Йорке. "Но сложность не всегда можно перенести в клинические условия".
Заряженные и готовые к работе
CAR-T-терапия использует активность Т-клеток - естественных охотников иммунной системы, которые рыщут по организму в поисках чужеродных объектов. Чужеродные клетки или клетки, инфицированные вирусом, экспрессируют необычные белки, которые служат маяком для Т-клеток, некоторые из которых выделяют токсичный набор молекул для уничтожения аномальных клеток. Эта функция поиска и уничтожения также может быть направлена на уничтожение раковых клеток, но опухоли часто имеют способы обезоружить иммунную систему, например, маскируя аномальные белки или подавляя функцию Т-клеток.
CAR-T-клетки несут синтетические белки - химерные антигенные рецепторы - которые охватывают клеточную мембрану. Снаружи находится структура, которая функционирует как антитело, связываясь со специфическими молекулами на поверхности некоторых раковых клеток. После связывания часть белка внутри клетки стимулирует активность Т-клеток, приводя их в действие. В результате получается крошечная, заведенная, борющаяся с раком машина.
Одобренные CAR-T-терапии направлены на один из двух белков, находящихся на В-клетках, и используются для лечения некоторых форм лейкемии и лимфомы, которые связаны с бесконтрольным размножением этих клеток. Эти белки - CD19 и BCMA - не являются уникальными для рака, что означает, что терапия убивает В-клетки без разбора. Однако люди могут жить и без этих клеток.
В CAR-T-терапии еще много возможностей для совершенствования. Хотя эффект может быть длительным, иногда даже исцеляющим, рак рано или поздно возвращается у большинства людей, прошедших лечение. Солидные опухоли, такие как рак легких или рак поджелудочной железы, до сих пор не давали убедительного ответа на CAR-T клетки. Терапия сопряжена с риском для безопасности и в редких случаях может привести к летальному исходу. Кроме того, она должна быть изготовлена индивидуально для каждого реципиента, используя его собственные Т-клетки в качестве отправной точки, что приводит к относительно медленному и дорогому процессу производства. Пока не существует простых решений ни одной из этих проблем. "Нам предстоит пройти долгий путь", - говорит Маколл. "Но сейчас мы видим многообещающие признаки".
Определенный прогресс достигнут в борьбе с солидными опухолями. Они часто содержат гетерогенную мозаику клеток с различными комбинациями мутаций. Это означает, что CAR-T терапия, направленная на конкретный мутировавший белок, может подействовать только на одно подмножество клеток. Плотная масса солидной опухоли также может быть трудна для проникновения Т-клеток, и исследователи изо всех сил пытаются найти подходящие мишени, которые не разрушали бы здоровые ткани.
Несмотря на это, некоторые клинические испытания показали проблески эффективности. Маколл и ее коллеги создали CAR-T клетки, нацеленные на молекулу GD2, которая экспрессируется на высоком уровне в некоторых видах рака головного и спинного мозга, называемых глиомами. Команда ввела одну внутривенную дозу CAR-T-терапии людям с глиомами, а затем ввела несколько меньших доз непосредственно в мозг. В прошлом году она и ее коллеги сообщили, что три из четырех человек, получивших такое лечение, дали положительный ответ. "Эти клетки просто погружаются прямо в мозг", - объясняет Маколл. "И организм не отторгает их там, в мозге - они действуют в этом привилегированном для иммунитета пространстве".
Для борьбы с солидными опухолями может потребоваться терапия Т-клетками, которые распознают более одного мутировавшего белка или могут быть нацелены на раковые клетки, экспрессирующие более высокий уровень данного белка, чем нормальные клетки. В одном из клинических испытаний, результаты которого были представлены в ноябре 2022 года, этот подход был доведен до крайности: вместо использования CAR, команда использовала CRISPR для создания естественных рецепторов Т-клеток для распознавания мутировавших белков, обнаруженных в опухоли каждого участника. Участники получали смесь клеток, нацеленных на различные белки, в надежде, что солидные опухоли будут менее склонны к развитию устойчивости к терапии с несколькими мишенями. У 5 из 16 участников опухоли перестали расти через 28 дней после лечения. Исследователи надеются скорректировать протокол, включая введение более высоких доз, чтобы повысить эффективность.
По словам иммунолога Карла Джуна из Университета Пенсильвании, возможности отслеживания и точной настройки активности Т-клеток также улучшаются. Благодаря усовершенствованному анализу отдельных клеток исследователи могут отслеживать судьбу как созданных клеток, так и опухолей, которые они призваны уничтожать. Они могут определить, какие Т-клетки стали "истощенными" - дисфункциональное состояние, которое может возникнуть в результате длительной стимуляции - и какие опухолевые клетки становятся устойчивыми к лечению. Они также могут определить, стала ли среда, окружающая опухоль, подвергшуюся CAR-T-терапии, изобиловать клетками, подавляющими иммунитет (такими как макрофаги или регуляторные Т-клетки). Преодоление местной иммунной супрессии станет ключом к использованию Т-клеток для борьбы с солидными опухолями, говорит Янбинг Чжао, главный научный сотрудник UTC Therapeutics, биотехнологической компании со штаб-квартирой в Сингапуре, которая занимается разработкой CAR-T терапии. "Неважно, на сколько мишеней вы нацелены, если опухоль уклоняется от иммунного ответа, это не сработает", - говорит он.
Джун и его коллеги использовали подход с использованием единичных клеток для изучения устойчивости к CAR-T терапии, нацеленной на CD19, и обнаружили, что CAR-T препараты, которые были менее способны активировать определенные хелперные Т-клетки, ассоциировались с возникновением устойчивости. Они также использовали методы работы с отдельными клетками, чтобы узнать больше о том, почему CAR-T-клетки, направленные против белка мезотелина, обнаруженного в клетках рака поджелудочной железы, часто терпят неудачу. Снижение активности двух генов в CAR-T-клетках может усилить терапию. "Мы сможем понять эти механизмы сопротивления", - уверен Джун. "А затем с помощью всех этих инструментов, таких как CRISPR, мы сможем их модифицировать".
Помимо редактирования Т-клеток, CRISPR используется для поиска других способов их модификации. Иммунолог Александр Марсон из Института Гладстона в Сан-Франциско и его коллеги использовали CRISPR для активации или подавления тысяч генов в Т-клетках, а затем посмотрели, как эти изменения влияют на производство важнейших иммунорегулирующих белков - цитокинов. В ходе другого исследования с использованием CRISPR группа обнаружила, что снижение активности белка под названием RASA2 повышает способность CAR-T-клеток убивать свои мишени.
"Мы получаем уроки о генах, которые мы можем включать и выключать, чтобы настроить Т-клетки на нужное нам поведение",
- объясняет Марсон. Синтетические биологи также обратили свой взор на Т-клетки и разрабатывают сложные клеточные схемы, которые могут обеспечить больший контроль над экспрессией CAR и других белков, которые могут повысить активность Т-клеток. В декабре прошлого года специалист по синтетической биологии Венделл Лим из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и его коллеги сообщили , что им удалось сконструировать Т-клетки, экспрессирующие CAR и IL-2, иммунорегулирующий белок. IL-2 может улучшить проникновение Т-клеток в солидные опухоли и преодолеть иммуносупрессивные сигналы, которые выделяют опухоли, но он может быть токсичным при системном введении. Если позволить Т-клеткам вырабатывать IL-2, это позволит вводить белок локально, что может предотвратить его токсичность для других тканей.
Другие синтетические схемы были разработаны для точной регуляции экспрессии CAR путем передачи его под контроль генетических элементов, которые активируют необходимые гены в ответ на воздействие лекарственного препарата. Однако пока большинство этих сложных конструкций еще не прошли исследования на безопасность и стандартизацию, необходимые для использования на людях, говорит Саделайн.
Исследователи извлекают так много уроков, что главным вопросом для этой области сейчас является определение того, какие инженерные Т-клетки следует использовать для исследований на людях, говорит онколог Марсела Маус из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне. "Мы можем так много изобретать и внедрять инновации в лабораторных условиях, но есть воронка, которая переводит это в клинические испытания", - говорит она. "Есть так много вещей, которые мы можем сделать. Мы должны понять, какие из них лучше всего подкорректировать и проверить в ходе испытаний".
Дорогостоящий бизнес
Производство CAR-T клеток уже является невероятно сложным по фармацевтическим стандартам. До сих пор все разрешенные методы лечения требовали создания собственных Т-клеток человека для экспрессии CAR. Это увеличивает время и, следовательно, стоимость производства терапии: в США стоимость одного курса лечения CAR-T-клетками может составлять около 500 000 долларов США, не считая стоимости госпитализации и сопутствующего лечения.
Создание CAR-T клеток, которые можно вводить нескольким людям - часто называемых готовыми клетками - уже давно рассматривается как решающий фактор для снижения цены терапии. Но первые результаты показывают, что еще есть над чем работать, говорит биоинженер Рахул Пурвар из Индийского технологического института в Бомбее. Хотя клетки можно редактировать, чтобы уменьшить вероятность того, что они будут уничтожены иммунной системой, первые испытания показывают, что они не выживают долго после инфузии и могут быть отторгнуты. "Готовые клетки - это отличный метод", - говорит он. "Он на подходе, но сейчас мы еще не готовы".
Кроме того, эта терапия редко доступна за пределами богатых стран. В Бразилии гематолог Ренато Луис Герино Кунья из группы Oncoclínicas в Сан-Паулу стал первым в стране, кто в 2019 году провел лечение с помощью CAR-T терапии. Но прогресс идет медленно, говорит он: ему не хватает возможностей для быстрого производства большого количества клеток. "За три года мы вылечили всего шесть пациентов", - говорит он. "Нам нужна новая технология для производства".
Производство CAR-T клеточной терапии обычно включает использование типа вируса, называемого лентивирусом, в качестве вектора для переноса синтетического гена CAR. Но расширение исследований в области генной терапии повысило спрос на лентивирусы клинического класса. Исследователи теперь ждут месяцами и платят большие деньги, чтобы завершить свои эксперименты; Кунья производит свои собственные, но может делать это только в небольших количествах. В этом отношении могут помочь усовершенствования в области редактирования генов CRISPR.
Несмотря на трудности, CAR-T терапия продолжает развиваться, и некоторые из сотен клинических испытаний по всему миру исследуют совершенно новые области применения. В прошлом году исследователи сообщили о многообещающих результатах небольшого испытания CAR-T-терапии для лечения одной из форм аутоиммунного заболевания - волчанки. А в исследовании на мышах ученые перепрограммировали Т-клетки без обычного первого шага по их удалению из организма, создав CAR-T-клетки, предназначенные для очистки сердца от рубцовой ткани.
В декабре Джун и его коллеги представили способ рационализации производства клеток. На ежегодном собрании Американского общества гематологии в Новом Орлеане группа объявила , что сокращение времени производства и создание CAR-T клеток, экспрессирующих белок IL-18, повысило их эффективность и позволило исследователям снизить дозу вводимых людям клеток. "У этих пациентов были невероятные ответы", - говорит Маус о клиническом испытании, - "что дает вам действительно заманчивый шанс понять, что если вы лучше разработаете Т-клетки, вы сможете сделать их еще более мощными".
