Z immunoterapią CAR-T wiązane są bardzo duże nadzieje. Znalazła ona zastosowanie w walce z niektórymi nowotworami złośliwymi. Były to głównie konkretne typy białaczek i chłoniaków. Ostatnio rozważa się jej zastosowanie również w odniesieniu do guzów litych – raków, glejaków wielopostaciowych, mięsaków oraz czerniaków.
Komórki nowotworów złośliwych (białaczek, raków, glejaków itp.) niekiedy przez dziesięciolecia uczą się unikać ataku naszego układu odpornościowego. Jak to więc możliwe, że udaje się lekarzom we współpracy z immunologami i biotechnologami przechytrzyć w pewnych przypadkach komórki nowotworów złośliwych?
Jak komórki układu odpornościowego eliminują część zmian „przedrakowych”?
Żeby przybliżyć odpowiedź na to pytanie, warto zacząć od przedstawienia w sposób bardzo uproszczony, jak komórki naszego układu odpornościowego usuwają część komórek, które są na drodze (torze mutacyjnym), by stać się komórkami nowotworu złośliwego. W trakcie przemiany komórek prawidłowych w komórki nowotworów złośliwych dochodzi często do mutacji różnych genów kodujących białka. W konsekwencji pojawiają się nowe odmiany białek. Białek tych nie było w naszym organizmie, kiedy układ odpornościowy uczył się odróżniać białka własne od cudzych, czyli np. wirusowych. Dzięki temu, na drodze tej złośliwej przemiany stanąć może właśnie układ odpornościowy. Nasze prawidłowe komórki mają obowiązek informować komórki układu odpornościowego, jeśli coś złego się w nich nie dzieje. Powinny poinformować, jeśli doszło do infekcji wirusowej lub pojawiły się jakieś produkty białkowe zmutowanych genów. Jeśli taka sytuacja wystąpi, limfocyty cytotoksyczne potrafią zlikwidować komórkę, która niejako przyznała się do tego, że zawiera np. produkty zmutowanych genów lub białka wirusów. Jest to „ofiara” konieczna dla zachowania zdrowia całego organizmu. Podobnych mechanizmów jest więcej. Podano tu jeden przykładowy.
Jak komórki, które staną się komórkami nowotworu złośliwego unikają z czasem ataku komórek obronnych naszego organizmu?
Do komórek nowotworowych mają jednak zastosowanie niektóre zasady, jakie obowiązują w trakcie ewolucji mikroorganizmów, chociaż nowotwór nie przetrwa oczywiście bez organizmu, który sam atakuje. Możliwe jest jednak przetrwanie tych komórek nowotworowych, które nauczą się unikać wspomnianego ataku.
Przykładowo komórki „przedrakowe” nie raportują limfocytom cytotoksycznym tego, co się dzieje w ich obrębie. Niektóre metody są nawet bardziej podstępne. W czasie ciąży w ciele kobiety rozwija się organizm ludzki, który posiada wiele białek odmiennych od jej własnych białek. Można je nazwać białkami ojcowskimi. Zazwyczaj w tym kontekście – na szczęście – nie dochodzi do eliminacji komórek płodowych jako obcych. Procesów, które temu zapobiegają, jest bardzo wiele. Komórki nowotworowe uczą się np. właśnie te procesy wykorzystywać. Strategia taka jest więc bardzo podstępna. Można odnieść wrażenie, że wręcz demoniczna. Nowotwór, który ma zniszczyć czyjeś życie, „udaje” nowe życie ludzkie. W praktyce jest to jednak jak wspomniano – konsekwencja mechanizmów przypominających ewolucyjne. Dokonano tu też pewnego uproszczenia, aby naświetlić zjawisko. Mechanizmów, które wykorzystują komórki nowotworowe niezwiązanych z życiem zarodkowym czy płodowym, jest również bardzo wiele. Prowadzą one do tego, że rozmaite mechanizmy, które wykorzystuje układ odpornościowy, są neutralizowane.
Jak więc przechytrzono niektóre nowotwory złośliwe?
Immunolodzy wpadli na pomysł, by zaatakować komórki nowotworowe w taki sposób, który będzie dla nowotworów zaskakujący. Skonsultowali ten pomysł z biotechnologami.
I tak powstała metoda polegająca na połączeniu dwóch rodzajów odpowiedzi odpornościowej. Z każdym z nich osobno komórki nowotworowe uczą się radzić sobie w czasie onkogenezy. Zaproponowano więc atak chimerowy. Atak jest chimerowy podobnie zresztą jak białka, które są w trakcie tego ataku wykorzystywane. Dlatego właśnie nazywają się CAR (ang. chimeric antigen receptor).
Połączono kilka elementów. Po pierwsze wykorzystano fragment z przeciwciał (scFv), rozpoznające swoiście antygeny, typowe dla komórek nowotworowych. Typowe w tym przypadku niekoniecznie oznacza nowotworowo specyficzne. Ale również takie, których komórki nowotworowe produkując więcej niż prawidłowe. Element scFv (są one różne dla różnych antygenów) połączono z białkami, które wykorzystują limfocyty w czasie zabijania zmienionych antygenowo komórek (Rycina 1). W ten właśnie sposób powstało białko chimerowe i atak chimerowy, na który nowotwór w trakcie ewolucji onkogennej się nie przygotował. Elementów wchodzących w skład CAR jest kilka. Przede wszystkim fragment scFv pochodzący z odpowiedniego przeciwciała może się różnić, w zależności od tego jaki target nowotworowy ma zostać zaatakowany. Element scFv rozpoznaje białko charakterystyczne dla komórek nowotworowych, lub jak wspomniano takie, którego komórki nowotworowe syntetyzują więcej. Musi to być białko błonowe – zewnętrzne. Dla różnych nowotworów, są to różne białka. Niestety nie ma celu uniwersalnego dla wszystkich nowotworów złośliwych. Powstają też, coraz to kolejne generacje CAR różniące się domenami podbłonowymi, aby poprawić skuteczność ataku (domena sygnalizacyjna na rycinie 1). Dzięki inżynierii genetycznej, dobieranie tych elementów przypomina trochę układanie klocków. Z elementów istniejących w przyrodzie składa się nowy rodzaj białka. W tym przypadku jest to coś, czym uzbraja się limfocyty T, aby mogły skutecznie atakować komórki nowotworu złośliwego.
„Połączono” w poprzednim zdaniu oznacza, że zaprojektowano sztuczny gen (transgen), którego nie ma w przyrodzie. Koduje on w swojej sekwencji wymienione fragmenty białek. Transgen ten jest wprowadzany do limfocytów T pacjenta dzięki wektorom wirusowym. Schematycznie wektor ten przedstawiono na rycinie pierwszej. Wiriony ulegają składaniu w tzw. komórkach pakujących w laboratorium. Komórki chorego są nimi zakażane poza organizmem. Pacjent nie jest na nie narażony. Wirusy te zostały również pozbawione możliwości namnażania się. Są one bardzo ułomne, ale umożliwiają wprowadzenie transgenu do limfocytów T.
W tej sytuacji – nawet jeśli komórka nowotworowa nie dokonuje sprawozdania o tym, jakie białka syntetyzuje – dochodzi do ataku komórek CAR-T. Komórki CAR-T słabo też reagują na inne sztuczki nowotworów złośliwych. Natomiast samo niszczenie komórek nowotworowych odbywa się podobnie, jak to się dzieje po ataku typowych limfocytów T. Limfocyt T oznaczono jako CAR-T (T od limfocyty T). Po połączeniu CAR z białkiem typowym dla komórek nowotworowych uwalnia białka, które rozrywają komórkę nowotworową.
Rycina 1. Komórki CAR-T atakują komórki nowotworowe i prowadzą do ich śmierci. CAR-T otrzymuje się dzięki metodom inżynierii genetycznej. W tym celu wykorzystuje się rozwiązania opisane w tekście: wektory wirusowe, transgen kodujący CAR. Rycina pochodzi z https://eksperymentmyslowy.pl/2024/04/23/czy-biotechnolodzy-tworza-cos-nowego-czy-kradna-naturze/ Zmodyfikowana na podstawie materiału z BPS Bioscience CAR-T Cell Therapy (bpsbioscience.com).
Terapia CAR-T nie jest oczywiście doskonała i jest poprawiana
Wszystko, co opisano do tej pory, brzmi bardzo optymistycznie. Oczywiście wypada również napisać o tym, że nie zawsze metoda ta się sprawdza i dlaczego.
Jak wspomniano białko nowotworowe, musi być błonowe. Niestety nie ma zbyt wiele białek zupełnie specyficznych dla nowotworów. Udaje się więc wybrać takie białka, które występują również na komórkach prawidłowych, ale w mniejszym stężeniu (mniejszej gęstości błonowej). W konsekwencji jednak zwiększa się prawdopodobieństwo wystąpienia efektów ubocznych ataku. Ataku nie tylko na komórki nowotworowe, ale również prawidłowe.
Atak CAR-T trudniej też zahamować. Po pierwsze jest to korzystne, bo komórki te nie ulegają sztuczkom komórek nowotworowych. CAR-T nie są tak podatne na mechanizmy hamujące. Jednak w konsekwencji atakują czasem tak zapalczywie, że dochodzi do wyczerpania ich sił. Dlatego wprowadza się elementy regulujące ten atak. Dąży się do otrzymania komórek semiautonomicznych, które będą reagowały na zmiany środowiska, ale będą również podatne na polecenia lekarza. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11344471/figure/fig5
Komórki CAR-T aktualnie muszą być przygotowywane dla każdego pacjenta (autologiczne). Generuje to wysokie koszty i wymaga czasu, co dla niektórych pacjentów jest poważnym problemem. Ale co gorsze, nie zawsze pacjenci onkologiczni mają jeszcze dość dużo komórek podatnych na modyfikacje biotechnologiczne. Choroba nowotworowa zmienia ich komórki, a niekiedy również wcześniejsze terapia farmakologiczna. Dlatego próbuje się opracować komórki uniwersalne dla każdego biorcy. W grę wchodzi tu np. połączenie technologii iPSC (reprogramowania) i edycji genomu (np. CRISPR). Inne opcje są również brane pod uwagę.
Takich zjawisk wymieniać można więcej. Nie ma tu jednak miejsca, by je wszystkie chociażby zasygnalizować. Chodzi tylko o zwrócenie uwagi na to, że rozwiązanie to wykazuje również mankamenty, które są usuwane.
Podsumowanie
Terapia CAR-T przyczynia się do pokonania niektórych nowotworów złośliwych. Nie można jednak oczekiwać, że rozwiąże większość problemów nawet w onkologii. Będzie stopniowo znajdowała coraz większe zastosowanie. Będzie udoskonalana. Terapia CAR-T jest fragmentem większego procesu przemian w biotechnologii związanego z biologią syntetyczną. Procesu polegającego na tworzeniu różnych komórek terapeutycznych, które w zasadzie nie istnieją w naturze.
Materiały dodatkowe:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6381664
https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/research/car-t-cells