At forvandle en tumors "skjold" til et våben mod sig selv

Ifølge Peter Insio Wang er tumorceller "udspekulerede". De har skumle måder at undgå menneskelige immunresponser, der bekæmper disse kræftsyge angribere. Tumorceller udtrykker programmerede dødsligand 1 (PD-L1) molekyler, der fungerer som et beskyttende skjold, der undertrykker vores immunceller, hvilket skaber en hindring for målrettede cancer immunterapier.. P >

Wang, Alfred E. Mann-lærestolen i biomedicinsk teknik og Dwight K. Og Hildagard E. Baum-stolen i biomedicinsk teknik, leder et laboratorium dedikeret til banebrydende forskning i konstruerede immunterapier, der udnytter det menneskelige immunsystem til at opbygge et fremtidigt arsenal i kampen mod kræft.

Wangs laboratorieforskere har udviklet en ny tilgang, der vender en tumorcelles snigende forsvarsmekanismer mod sig selv, og gør disse "skjold"-molekyler til mål for Wangs laboratoriums kimære antigenreceptor (CAR) T-celler, som er programmeret til at angribe kræften.

Arbejdet, udført af Wangs laboratoriepostdoc-stipendiat Lingshan Zhu, sammen med Wang, postdoc-stipendiat Longwei Liu og deres medforfattere, blev offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano.

CAR T-celleterapi er en revolutionerende kræftbehandling, hvor T-celler, en type hvide blodlegemer, fjernes fra patienten og udstyres med en unik kimærisk antigenreceptor (CAR). CAR binder sig til antigener forbundet med kræftceller og dirigerer T-celler til at ødelægge kræftceller.

Wangs laboratoriums seneste arbejde er et designet monostof til CAR T-celler, som holdet kalder PDbody, som binder til PD-L1-proteinet på en cancercelle, hvilket gør det muligt for CAR at genkende tumorcellen og blokere dens forsvar. p>

"Forestil dig, at CAR er en rigtig bil. Du har en motor og benzin. Men du har også en bremse. I det væsentlige skubber motoren og benzinen CAR T'en for at bevæge sig fremad og ødelægge tumoren. Men PD-L1 virker som en bremse, som stopper ham," sagde Wang.

I dette arbejde konstruerede Zhu, Liu, Wang og team T-celler til at blokere denne hæmmende "bremsemekanisme" og forvandle PD-L1-molekylet til et mål for drab.

"Dette PDbody-CAR kimæriske molekyle kan få vores CAR T til at angribe, genkende og ødelægge tumoren. Samtidig vil det blokere og forhindre tumorcellen i at stoppe CAR T-angrebet. Således vil vores CAR T vil være mere kraftfuld," sagde Wang.

CAR T-celleterapi er mest effektiv til "flydende" kræftformer såsom leukæmi. Målet for forskerne var at udvikle avancerede CAR T-celler, der kan skelne mellem kræftceller og raske celler.

Wangs laboratorium udforsker måder at målrette teknologien mod tumorer, så CAR T-celler aktiveres på tumorstedet uden at påvirke sundt væv.

I dette arbejde fokuserede teamet på en meget invasiv form for brystkræft, der udtrykker proteinet PD-L1. Imidlertid udtrykkes PD-L1 også af andre celletyper. Derfor kiggede forskerne på det unikke tumormikromiljø - cellerne og matricerne umiddelbart omkring tumoren - for at sikre, at deres designede PDbody ville binde sig mere specifikt til kræftceller.

"Vi ved, at pH i tumormikromiljøet er relativt lavt - det er lidt surt," sagde Zhu. "Så vi ønskede, at vores PDbody skulle have bedre bindingsevne i et surt mikromiljø, hvilket vil hjælpe vores PDbody med at skelne tumorceller fra andre omgivende celler."

For at forbedre behandlingens præcision brugte holdet et proprietært genetisk gatesystem kaldet SynNotch, som sikrer, at CAR T-celler med et PDbody kun angriber kræftceller, der udtrykker et andet protein kendt som CD19, hvilket reducerer risikoen for skade på raske celler.

"Simpelt sagt vil T-celler kun blive aktiveret på tumorstedet takket være dette SynNotch-gatesystem," sagde Zhu. "Ikke kun er pH mere sur, men overfladen af tumorcellen vil afgøre, om T-cellen er aktiveret, hvilket giver os to niveauer af kontrol."

Zhu bemærkede, at holdet brugte en musemodel, og resultaterne viste, at SynNotch gating-systemet dirigerer CAR T-celler med et PDbody til kun at aktiveres på tumorstedet, dræber tumorceller og forbliver sikkert for andre dele af dyret.

Evolutionsinspireret proces til at skabe PDbody

Teamet brugte beregningsmetoder og tog inspiration fra evolutionsprocessen for at skabe deres tilpassede PDbodies. Styret evolution er en proces, der bruges i biomedicinsk teknik til at efterligne processen med naturlig udvælgelse i laboratoriemiljøer.

Forskerne skabte en rettet udviklingsplatform med et gigantisk bibliotek af iterationer af deres designet protein for at finde ud af, hvilken version der kunne være mest effektiv.

"Vi var nødt til at skabe noget, der kunne genkende PD-L1 på tumoroverfladen," sagde Wang.

"Ved brug af rettet evolution udvalgte vi et stort antal forskellige monostofmutationer for at vælge, hvilken der ville binde til PD-L1. Den valgte version har disse funktioner, der ikke kun kan genkende tumor PD-L1, men også blokere den hæmmende mekanisme, som den har, og diriger derefter CAR T-cellen til overfladen af tumoren for at angribe og ødelægge tumorcellerne."

"Forestil dig, hvis du ville finde en meget specifik fisk i havet - det ville være virkelig svært," sagde Liu. "Men nu med den styrede udviklingsplatform, vi har udviklet, har vi en måde at målrette disse specifikke proteiner med den ønskede funktion."

Forskerholdet undersøger nu, hvordan man kan optimere proteinerne for at skabe endnu mere præcise og effektive CAR T-celler, før de går ind i kliniske applikationer. Dette inkluderer også integration af proteinerne med Wangs laboratoriums banebrydende fokuserede ultralydsapplikationer til fjernstyring af CAR T-celler, så de kun aktiveres på tumorsteder.

"Vi har nu alle disse genetiske værktøjer til at manipulere, kontrollere og programmere disse immunceller til at have så meget kraft og funktion, som de kan," sagde Wang. "Vi håber på at skabe nye måder at styre deres funktion til særligt udfordrende solide tumorbehandlinger."