Chimerní antigenní receptor

Nejčastější formou těchto molekul jsou splynuté jednoduché řetězce variabilních fragmentů (scFV), odvozených od monoklonálních protilátek, připojené k CD3-zeta transmembránové části a endodoméně. Tyto molekuly přenášejí signál zeta, jako odpověď na rozpoznání cílové molekuly pomocí scFV. Příkladem takového konstruktu je 14g2a-Zeta, kde jsou připojeny scFV odvozené od hybridomu 14g2a (který rozpoznává disialogangliosid GD2). Když T buňky exprimují tuto molekulu (obvykle v důsledku transdukce onkoretrovirovým vektorem) rozpoznává a zabijí cílovou buňku, která exprimuje GD2 (např. neuroblastomové buňky). K zacílení maligních B buněk je využíváno CAR-modifikovaných T buněk, které rozpoznávají specifické molekuly pro B buněčné linie, např. CD 19.

Obrázek ukazuje rozdílné části arteficiálního TCR

Variabilní části na těžkém a lehkém řetězci imunologlobinu jsou spojeny pomocí flexibilního linkeru do formy scFV. scFV má k sobě připojen signální peptid k řízení vznikajícího peptidu do endoplazmatického retikula a jeho následné expresi (je štěpen). Flexibilní spacer umožňuje scFV orientovat se v různých směrech, což umožňuje vazbu k antigenu. Transmembránová doména je typicky hydrofobní alfa-helix struktura, odvozena z původní molekuly signální endodomény, která vyčnívá do buňky a přenáší požadovaný signál.

Skutečnost, že tyto molekuly skutečně fungují, je na první pohled překvapující. Na druhý pohled si uvědomíme, že bílkovina typu I jsou de facto dvě bílkovinné domény spojeny transmembránovým alfa-helixem. Lipidovou dvouvrstvou prochází transmembránová doména, která od sebe izoluje vnější část (ektodoména, z ang.: ectodomain) od vnější části (endodoména, z ang.: endodomain). Není tedy už překvapením, že propojením ektodomény z jednoho proteinu k endodoméně druhého proteinu vznikne molekula, která je schopna rozpoznat svůj cíl a následně přenést signál do buňky.

Pro lepší pochopení dané problematiky, budou jednotlivé složky tohoto systému probrány jednotlivě:

Porovnání první, druhé a třetí generace Chimerního antigenního receptoru s scFV segmenty v zeleném a rozdílné TCR signální komponenty v červeném, modrém a žlutém označení.[3]

První generace CARů zpravidla měla intracelulární doménu z CD3ξ řetězce, který sloužil jako primární vysílač signálů z endogenních TCR. U Druhé generace CARů byly přidány do cytoplazmatických částí CARů intracelulární signální domény z různých kostimulačních receptorů (např. CD28, 41BB, ICOS), které poskytovali další signály T buňkám. V případě Druhé generace CARů, předklinické studie poukázaly na to, že dochází u T buněk k posílení protinádorové imunity. Novější Třetí generace CARů již kombinuje různé signalizační domény, jako je CD3-zeta – CD28 – 41BB nebo CD3-zeta – CD28 – OX40.

Tato metoda je založena na reprogramování T buněk vektorem (např. virovým). Buňky následně exprimují chimerické antigenní receptory, které jsou cíleny proti nádorovým buňkám a jejím rozeznáním umožňují jejich následné zničení. Díky tomuto poznatku, se CARs-modifikované T buňky staly středem zájmu vědců z celého světa, kteří se v pre-klinické fázi zajímají o jejich optimalizaci v oblasti struktury a signalizace. V současné době již probíhají klinické studie, které naznačují jisté budoucí využití této metody v léčbě maligních stavů.

První generace CARs-modifikovaných T buněk zaznamenala úspěch během preklinických testů a následně vstoupila do první fáze klinických studií. CARs-modifikované T buňky byly cíleny na ovariální karcinom, neuroblastom a různé typy leukemií a lymfomů (viz tab.). Klinické studie neprokázaly významný klinický přínos a upozornily na nedostatečnou anti-nádorovou aktivitu, poruchu aktivace, nedostatečnou perzistenci a homing do místa nádoru. Jen v několika případech u pacientů s B-lymfomem (léčených αCD20-CD3ζ CAR-modifikovanými T-buňkami) a neuroblastomem (léčených ScFv-CD3ζ CAR-modifikovanými T buňkami), byla pozorována částečná odpověď - stabilizace stavu, nebo došlo k remisi onemocnění. Druhá a třetí generace CARs-modifikovaných T buněk vedla ke zlepšení aktivačního signálu, zvýšení proliferace, zvýšení produkce cytokinů a celkovému zlepšení efektorových funkcí CAR-modifikovaných T buněk v pre-klinických modelech. Obě dvě tyto generace CARs-modifikovaných T buněk vstoupily do klinických testů. Již první klinické testy naznačují velmi slibné výsledky. Ve studii s αCD19.4-1BB-CD3ζ T buněk u pacientů s chronickou lymfatickou leukemií došlo ke kompletní remisi a u jednoho pacienta k dílčí reakci, která probíhala 10 měsíců po léčbě. Navíc bylo nalezeno zvýšení CAR-modifikovaných buněk o tři řády, které infiltrovali a lyzovali nádorovou tkáň. Zajímavostí je, že některé CARs-modifikované T buňky vykazovaly fenotyp paměťových buněk, což může sloužit jako prevence relapsů onemocnění. Ačkoli tyto modifikované T buňky vykazovaly výrazný terapeutický efekt, jejich cytotoxická činnost vedla k nebezpečnému syndromu z lýzy nádoru, který se vyvinul 3 týdny po podání první infuze CARs-modifikovaných T buněk.

Nedávno zveřejněné vedlejší účinky poukazují na fakt, jak je důležité dbát na opatrnost, při použití CARs-modifikovaných T buněk druhé a třetí generace. Pacient zemřel 5 dnů po cyklofosfamidové chemoterapii, která zahrnovala infuzi modifikovaných T buněk, obsahující část z CD28. Toxicita vedla k nárůstu prozánětlivých cytokinů, plicní toxicitu, multiorgánové selhání a eventuální smrt pacienta. Dalším problémem je tzv. off target cytotoxicita, která vede k autoimunním reakcím, kvůli tomu, že většina tumor-asociovaných antigenů se vyskytuje i na normální tkáni.

Velkým slibem do budoucna je imunoterapie rakoviny, bez toxicity konvenční léčby. Podle pre-klinický a klinických studií CAR-modifikované buňky dávají naději. Léčba touto metodou má několik výhod: rozpoznání cíle nezávislé na HLA antigenech, použitelnost pro většinu pacientů a rychlé dodání buněk. Pro úspěšnou aplikaci těchto buněk bude však nutné identifikovat cílové antigeny vyjádřené na nádorových buňkách, čímž se značně sníží riziko cytotoxicity.[4],[5]

Aktuální seznam tumorových antigenů a CARs uplatněných v in-vitro a in-vivo trudiích [6],[7]:

Popis metody přenosu modifikovaných buněk pomocí adoptivního přenosu.

Adoptivní přenos buněk, které exprimují chimerní antigenní receptory, jsou považovány za slibné protirakovinné terapeutikum. CAR-modifikované buňky mohou být navrženy tak, aby byly cíleny proti některým tumor-asociovaných antigenům a díky tomu mohou být specificky cíleny individuálně pro každého pacienta. Díky tomu se jedná se o slibnou terapeutickou metodu léčby rakoviny.

Poté, co jsou pacientovi odebrány T-buňky, jsou geneticky upraveny k expresi CARů, konkrétně zaměřených proti pacientovým nádorovým antigenům. Následně jsou připraveny k infúzi zpět do těla pacienta.[8] Ačkoli adoptivní přenos CAR-modifikovaných buněk je jedinečným a perspektivním léčebným prostředkem rakoviny, existují významné obavy o bezpečnost této metody. Klinické studie této terapie ukázaly potenciální toxické účinky CARů, když zdravé tkáně exprimují stejné cílové antigeny jako jsou obsaženy v nádorových buňkách, což vede ke stavům podobným graft-versus-host disease(GvHD). Potenciálním řešením tohoto problému je sestrojení sebevražedného genu, který by byl vložen do modifikovaných T-buněk. Touto cestou by došlo ke spuštění sebevražedných genů v aktivovaných CAR-modifikovaných T-buněk. Tato metoda byla již bezpečně a efektivně při transplantaci hematopoetických kmenových buněk (HSCT). V současné době jsou sebevražedné geny podrobeny klinickým testum, pro svůj potenciál zmírnění těchto vedlejších účinků při současném zvýšení protinádorových účinků.[3]