Терапия CAR-T-клетками произвела революцию в лечении некоторых видов рака крови, но доставка этой терапии пациентам остается сложной, дорогостоящей и медленной процедурой. Стандартный процесс требует от врачей сбора иммунных клеток пациента и отправки их в специализированное учреждение, где клетки генетически модифицируются для распознавания раковых клеток. Затем модифицированные клетки отправляются обратно и вводятся пациенту. Весь процесс может занять недели и стоить сотни тысяч долларов.
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали потенциальную альтернативу, которая позволит перепрограммировать клетки, борющиеся с раком, непосредственно в организме. Если этот подход удастся применить к людям, он сможет значительно сократить производственные затраты, расходы и задержки, которые в настоящее время ограничивают доступ к CAR-T-терапии.
Эта работа знаменует собой первый случай, когда ученые ввели большой участок ДНК в точно определенное место в человеческих Т-клетках, не удаляя предварительно эти клетки из организма. Целенаправленная методика также показала лучшие результаты, чем традиционная стратегия использования вирусов для введения ДНК в случайные места, что позволяет предположить, что это достижение может иметь значение не только для CAR T-терапии, но и для клеточной и генной терапии в целом.
В экспериментах с использованием мышей с гуманизированной иммунной системой, описанных в журнале Nature , команда успешно применила этот метод против агрессивной лейкемии, множественной миеломы и даже солидной опухоли.
«Я думаю, это только начало большой волны новых методов лечения, которые действительно изменят мир и спасут множество жизней», — сказал Джастин Эйкем, доктор философии, доцент кафедры медицины в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и старший автор новой статьи. «Я невероятно рад быть частью этого».
Перепрограммирование Т-клеток внутри организма
Терапия CAR-T-клетками работает за счет предоставления Т-клеткам новых генетических инструкций, которые помогают им распознавать и уничтожать раковые клетки. Т-клетки относятся к числу ключевых клеток иммунной системы, борющихся с болезнями. Новые инструкции предписывают им производить химерные антигенные рецепторы (CAR), которые отходят от поверхности клетки подобно антеннам.
Когда один из этих рецепторов прикрепляется к определенному белку на раковой клетке, он подает сигнал Т-клетке атаковать и уничтожить эту клетку. В настоящее время Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило семь методов терапии с использованием CAR-T-клеток для лечения рака крови.
Несмотря на свою эффективность, эти методы лечения остаются труднодоступными для многих пациентов. Стоимость CAR-T-терапии обычно составляет от 400 000 до 500 000 долларов, а её производство зависит от высокоспециализированных предприятий. Кроме того, производство занимает недели, что может иметь решающее значение для пациентов, у которых рак продолжает прогрессировать, пока они ждут лечения.
Как правило, перед введением генно-модифицированных Т-клеток пациентам также необходимо пройти интенсивную химиотерапию. Это лечение освобождает место в костном мозге для поступающих клеток, но оно может быть чрезвычайно утомительным, особенно для пожилых или ослабленных пациентов.
«Это стало глобальной проблемой доступности; многие пациенты, которым могли бы помочь CAR-T-клетки, либо не могут себе их позволить, либо не могут получить их достаточно быстро», — сказал Эйкем. «В этой области предпринимаются большие усилия, чтобы перейти к непосредственному производству этих клеток в организме».
Производство генно-модифицированных иммунных клеток непосредственно внутри организма, подход, известный как производство in vivo , потенциально может устранить необходимость в подготовительной химиотерапии.
Технология CRISPR доставляет новые инструкции Т-клеткам.
Для этого Эйкем и его коллеги из Институтов Гладстона, Университета Дьюка и Инновационного института геномики разработали систему, основанную на двух разных частицах. Вместе они доставляют механизм редактирования генов CRISPR-Cas9 непосредственно в Т-клетки, циркулирующие в организме.
Одна из частиц содержит инструменты CRISPR-Cas9, необходимые для разрезания и изменения ДНК. Ее поверхность покрыта антителами, распознающими CD3, белок, обнаруживаемый исключительно на поверхности Т-клеток. Этот механизм направленного воздействия помогает направлять механизм редактирования генов непосредственно к Т-клеткам.
Вторая частица доставляет ДНК, содержащую инструкции по созданию CAR-рецептора, борющегося с раком. Она также несет информацию, которая направляет новую ДНК в точно определенное место в геноме Т-клетки. В этом месте находится молекулярный «переключатель», активный только в Т-клетках.
Новый ген заставляет клетки производить CAR-белки только тогда, когда достигает нужного места. Исследователи также разработали эти частицы таким образом, чтобы они не были немедленно уничтожены иммунной системой.
«При производстве этих клеток вне организма можно проводить тщательный контроль качества, чтобы убедиться, что в итоге получаются только модифицированные Т-клетки», — сказал Эйкем. «Внутри организма мы не можем проводить такой контроль качества после производства, поэтому нам действительно нужно было оптимизировать подход на начальном этапе, чтобы избежать изменения каких-либо других клеток».
Лейкемия исчезла в течение двух недель.
Группа исследователей под руководством соавторов Уильяма Найберга, доктора философии, и Пьера-Луи Бернара, доктора философии, оба являющиеся постдокторантами Калифорнийского университета в Сан-Франциско, протестировала систему на мышах с агрессивной формой лейкемии.
После однократной инъекции двухкомпонентной терапии почти у всех мышей в течение двух недель исчезли все обнаруживаемые раковые клетки. В некоторых органах вновь созданные CAR-T-клетки составляли до 40% популяции иммунных клеток. Лечение также устранило раковые клетки как в костном мозге, так и в селезенке.
Та же стратегия оказалась эффективной против множественной миеломы. Она также сработала против солидной саркомы, что особенно примечательно, поскольку солидные опухоли исторически гораздо сложнее лечить с помощью CAR-T-терапии.
Исследователи также обнаружили неожиданное преимущество. Т-клетки, созданные непосредственно в организме, показали лучшие результаты, чем аналогичные клетки, произведенные в лаборатории.
«Особенно примечательно то, что клетки, которые мы получаем in vivo, выглядят даже лучше, чем те, которые мы производим в лаборатории», — сказал Эйкем. «Мы считаем, что когда клетки извлекаются из организма и выращиваются в лаборатории, они теряют часть своей «стволовой» способности и способности к пролиферации, чего здесь не происходит».
Потенциально более быстрая и доступная CAR-T-терапия
Технология пока не готова для применения у пациентов. Исследователям еще предстоит масштабировать этот подход для использования на людях, и потребуются клинические испытания, чтобы определить, является ли он безопасным и эффективным для людей.
Эйкем и его коллеги основали компанию Azalea Therapeutics, чтобы продвинуть описанную в исследовании платформу с двумя частицами к клинической разработке.
В случае успеха у людей этот подход может коренным образом изменить способ проведения CAR-T-терапии. Вместо того чтобы заставлять пациентов ждать, пока их клетки будут собраны, модифицированы, размножены и возвращены, необходимая генетическая модификация потенциально может происходить внутри организма пациента.
«Если нам удастся перенести этот метод на людей, мы сможем значительно снизить затраты, сократить время ожидания и, возможно, позволить больницам местного уровня, а не только крупным онкологическим центрам, предлагать эти жизненно важные методы лечения», — сказал он. «Это действительно демократизирует доступ к терапии CAR-T-клетками».