Neue adoptive T-Zell-Therapien – bei denen T-Zellen, die natürlichen Jäger des Immunsystems, die den Körper nach fremden Gegnern patrouillieren, von krebsgeplagten Patienten gewonnen, außerhalb des Körpers aufgeladen und verstärkt und dann demselben Patienten wieder infundiert werden – – verändern die Aussichten von Krebspatienten. Seit CAR (Chimeric Antigen Receptor)-T-Zellen 2017 von der Federal Drug Administration (FDA) grünes Licht als erste modifizierte therapeutische Zelle zur Behandlung von Leukämie erhalten hat, wurden seitdem fünf ähnliche Produkte zugelassen und mehr als 20.000 Menschen behandelt mit dieser wegweisenden Immuntherapie.
CAR-T-Zellen sind so konstruiert, dass sie synthetische membranüberspannende Rezeptormoleküle tragen, die ihren nach außen gerichteten Teil verwenden, um an Antigene auf Krebszellen zu binden, auf die ihr nach innen gerichteter Teil reagiert, indem sie ein starkes Programm zur Zerstörung von Tumorzellen einschalten. Allerdings sprechen nicht alle Patienten gleich gut auf CAR-T-Zelltherapien an, und Krebsimmunologen haben versucht herauszufinden, warum sie gut funktionieren oder versagen. Trotz eines aufkeimenden Verständnisses der Unterschiede zwischen den T-Zellen von Krebspatienten und den T-Zellen gesunder Personen wurden diese Erkenntnisse bei den Herstellungsprozessen von CAR-T-Zellen nicht berücksichtigt. Alle Prozesse verwenden eine ähnliche Art der Stimulation mit T-Zell-spezifischen Agonisten und allgemeinen immunstimulierenden Zytokinen, um infusionsfähige CAR-T-Zellprodukte zu erzeugen, unabhängig von Variationen im Phänotyp der ursprünglichen T-Zellen.
Nun hat eine Zusammenarbeit zwischen Bioingenieuren am Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University und der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) unter der Leitung von David Mooney, Ph.D. und Krebsimmunologen am Dana-Farber Cancer Institute (DFCI) unter der Leitung von Catherine Wu, MD, Ph.D. hat gezeigt, dass die Personalisierung der CAR-T-Zellstimulation während der Herstellung die Konsistenz und Wirksamkeit der resultierenden CAR-T-Zellprodukte erheblich verbessern kann. Durch die Verwendung künstlicher antigenpräsentierender Zellen, die Gerüste (APC-ms) nachahmen, war das Team in der Lage, die T-Zell-Stimulation auf den Phänotyp der T-Zellen von Leukämiepatienten abzustimmen und signifikant zu verbessern Ex-vivo Und in vivo tumorbeseitigende Fähigkeiten. Die Ergebnisse sind veröffentlicht in Naturkommunikation.
„Wir zeigen, dass CAR-T-Zellprodukte, die aus T-Zellen von Krebspatienten hergestellt werden, im Allgemeinen weniger funktionell sind als CAR-T-Zellprodukte, die von gesunden Personen stammen“, sagte Mooney, Gründungsmitglied der Wyss Core Faculty. „Die Anpassung der CAR-T-Zell-Antigen-Stimulationsdosis an den Phänotyp der T-Zellen der Patienten unter Verwendung eines präzise steuerbaren Biomaterialansatzes, der die natürliche Antigenpräsentation genau nachahmt, kann ihre Funktion erheblich verbessern. Dieser Ansatz könnte die CAR-T-Zelltherapie weiter personalisieren und entfernen ein bestehende Unzulänglichkeit der derzeitigen T-Zell-Herstellung.“ Mooney ist außerdem Robert P. Pinkas Family Professor of Bioengineering am SEAS und Leiter der vom NIH finanzierten Initiative Immunomaterials to Improve Immunotherapy (i3) Zentrum koordiniert am Wyss Institute. Dieses Projekt wurde am Zentrum konzipiert, und Wu ist einer seiner Hauptermittler.
Schneiden Sie den Schlüssel für personalisierte CAR-T-Therapien
Das Team untersuchte die Phänotypen von T-Zellen, die sie aus Proben von Patienten mit akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) und chronischer lymphoblastischer Leukämie (CLL) sowie von gesunden Spendern isolierten. Als nächstes nutzten sie APC-ms, um die T-Zellen mit verschiedenen Dosen von Anti-CD3/Anti-CD28-Antigenstimulation zu versorgen, und erstellten so eine CAR-T-Zellbibliothek. Alle in der Bibliothek enthaltenen CAR-T-Zellprodukte wurden dann erneut auf funktionelle Unterschiede untersucht, einschließlich ihrer Fähigkeit, Krebszellen abzutöten in-vitro. Die Forscher verglichen ihren Ansatz direkt mit einem Ansatz, der üblicherweise bei der Herstellung von CAR-T-Zellen verwendet wird, der T-Zellen die gleichen Antigene auf starren magnetischen Kügelchen (Dynabeads) präsentiert.
Eine wichtige Erkenntnis war, dass die T-Zellen von Krebspatienten bei Antigendosen, die üblicherweise bei der Herstellung von CAR-T-Zellen verwendet werden, viel leichter überstimuliert werden als „gesunde“ T-Zellen. Dadurch verloren sie ihre Funktionalität, wurden „erschöpfter“, wie Immunologen sagen, und verringerten ihre Fähigkeit zur Vermehrung. CAR-T-Zellen müssen nicht nur in einen funktionsfähigen Zustand überführt, sondern auch millionenfach vermehrt werden, um Tumorzellen und Metastasen im gesamten Körper beseitigen zu können.
„Durch die Erforschung eines präzisen, engen Bereichs von Stimulationsdosen, die mit APC-ms ermöglicht werden, zeigen wir, dass es so etwas wie einen personalisierten ‚Sweet Spot‘ für patienteneigene T-Zellen gibt, der die Funktionalität und Amplifikation maximiert, die im Durchschnitt niedriger ist als die üblichen Dosen“, sagte der Erstautor David Zhang, ein Doktorand in Mooneys Team. „Der APC-ms-Ansatz funktioniert viel natürlicher als Dynabeads, weil hochgradig kontrollierbare Niveaus von T-Zell-Signalen in eine Lipid-Doppelschicht eingebettet sind, die es den CAR-T-Zellen ermöglicht, sie so zu drücken und zu ziehen, wie es T-Zellen normalerweise tun die ‚immunologische Synapse‘ zwischen ihnen und Antigen-präsentierenden Zellen, wenn die T-Zell-Stimulation am besten ist.“
Aus in-vitro Studien zur Zellfertigung
Während das Team keine signifikanten Unterschiede zwischen CAR-T-Zellen beobachtete, die aus ALL- und CLL-Patientenproben erzeugt wurden, erzeugte ihr Ansatz insgesamt mehr Zellen mit hohem zytotoxischem Potenzial gegenüber Tumorzellen, ein ausgewogeneres Verhältnis zwischen zytotoxischem CD8+ T-Zellen und CD4+ T-Zellen, die ihre Funktion unterstützen, und mehr Gedächtnis-T-Zellen, die selbst nicht zytotoxisch sind, aber in späteren Reaktionen aktiviert werden können. Bei einer Maus in vivo Studie zeigten infundierte CAR-T-Zellprodukte, die mit unterschiedlichen Stimulationsniveaus hergestellt wurden, auch signifikant unterschiedliche Fähigkeiten zur Bekämpfung des CD19-exprimierenden Burkitt-Lymphoms, wobei Zellen, die während der Herstellung erneut auf niedrigerem Niveau als üblich stimuliert wurden, das stärkste Potenzial zeigten.
„Wir haben ein Proof-of-Concept-Modell konstruiert, das auf der quantifizierbaren Beziehung zwischen dem Phänotyp einer T-Zell-Blutprobe und seinen CAR-T-Zellprodukten basiert und das eine optimale T-Zell-Stimulationsdosis für die personalisierte CAR-T-Zellproduktion ausgibt “, sagte Wu. „Angesichts der Tatsache, dass T-Zellproben zu Beginn des Zellherstellungsprozesses immer mit einem Fingerabdruck für wichtige Marker versehen werden, könnten ähnliche Strategien entwickelt werden, um die Therapie mit dem APC-ms-Ansatz weiter zu personalisieren.“ Wu ist Lavine Family Chair, Preventative Cancer Therapies am DFCI und Professor für Medizin an der Harvard Medical School.
„Das Team von Dave Mooney in der Immunomaterials-Plattform von Wyss treibt die Grenzen von CAR-T-Zellen und anderen Immuntherapien unter Verwendung völlig neuer technischer und materialbasierter Ansätze voran. Hoffentlich wird uns dies schließlich in die Lage versetzen, das Immunsystem auch gegen widerspenstige solide Tumore zu mobilisieren für die es noch keine Therapien gibt. Es ist auch ein großartiges Beispiel dafür, wo weniger mehr ist“, sagte Wyss-Gründungsdirektor Donald Ingber, MD, Ph.D., der auch das ist Judah Folkman Professor für Gefäßbiologie an der HMS und dem Boston Children’s Hospital sowie Hansjörg Wyss Professor für Bioinspired Engineering an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Weitere Autoren der Studie sind die Wyss- und SEAS-Forscher Kwasi Adu-Berchie, Siddharth Iyer, Yutong Liu und Joshua Brockman; DFCI-Forscherin Nicoletta Cieri und Donna Neuberg, Sc.D., Datenwissenschaftlerin am DFCI und Mitglied der i3 Center. Die Studie wurde vom Wyss Institute der Harvard University, der Food and Drug Administration (unter der Auszeichnung #5R01FD006589), dem National Cancer Institute des NIH (unter der Auszeichnung #U54CA244726) sowie einem Stipendium der Canadian Institutes of Health Research finanziert .