Адоптивный перенос клеток ( ACT ) – это перенос клеток пациенту . [1] Клетки могли произойти от пациента или от другого человека. Клетки чаще всего получают из иммунной системы с целью улучшения иммунных функций и характеристик. При аутологичной иммунотерапии рака Т -клетки извлекаются из организма пациента, генетически модифицируются, культивируются in vitro и возвращаются тому же пациенту. Для сравнения, аллогенная терапия включает клетки, выделенные и размноженные у донора отдельно от пациента, получающего клетки. [2]
В 1960-х годах было обнаружено, что лимфоциты являются медиаторами отторжения аллотрансплантата у животных. Попытки использовать Т-клетки для лечения трансплантированных опухолей мышей потребовали культивирования и манипулирования Т-клетками в культуре. Сингенные лимфоциты были перенесены от грызунов, сильно иммунизированных против опухоли, для подавления роста небольших развившихся опухолей, что стало первым примером АКТ. [3]
Описание фактора роста Т-клеток интерлейкина-2 (IL-2) в 1976 году позволило выращивать Т-лимфоциты in vitro , часто без потери эффекторных функций. Высокие дозы IL-2 могут ингибировать рост опухоли у мышей. В 1982 году исследования показали, что внутривенные иммунные лимфоциты могут лечить объемные подкожные лимфомы FBL3. Введение IL-2 после переноса клеток повысило терапевтический потенциал. [3]
В 1985 году введение IL-2 привело к стойкой регрессии опухоли у некоторых пациентов с метастатической меланомой . Лимфоциты, инфильтрирующие строму растущих трансплантируемых опухолей, служат концентрированным источником инфильтрирующих опухоль лимфоцитов (TIL) и могут стимулировать регрессию уже сформировавшихся опухолей легких и печени. В 1986 году было обнаружено, что человеческие TIL из удаленных меланом содержат клетки, способные распознавать аутологичные опухоли. В 1988 году было показано, что аутологичные TIL уменьшают метастатические опухоли меланомы. [3] TIL, полученные из опухоли, обычно представляют собой смесь CD8 + и CD4 + Т-клеток с небольшим количеством основных контаминирующих клеток. [3]
В 1989 году Зелиг Эшхар опубликовал первое исследование, в котором был заменен нацеливающий рецептор Т-клеток, и отметил, что это можно использовать, чтобы направить Т-клетки на атаку любого типа клеток; это основная биотехнология, лежащая в основе терапии CAR-T . [4]
Ответы часто были кратковременными и исчезали через несколько дней после введения. В 2002 году лимфодеплеция с использованием режима немиелоаблативной химиотерапии , назначенной непосредственно перед переносом TIL, увеличила регрессию рака, а также устойчивую олигоклональную репопуляцию хозяина перенесенными лимфоцитами. У некоторых пациентов введенные противоопухолевые клетки составляли до 80% CD8 + Т-клеток через несколько месяцев после инфузии. [3]
Первоначально меланома была единственным раком, который воспроизводимо давал полезные культуры TIL. В 2006 году введение нормальных циркулирующих лимфоцитов, трансдуцированных ретровирусом , кодирующим Т-клеточный рецептор (TCR), который распознавал меланомно-меланоцитарный антиген MART-1 , опосредовало регрессию опухоли. В 2010 году было показано, что введение лимфоцитов, генетически сконструированных для экспрессии рецептора химерного антитела (CAR) против В-клеточного антигена CD19 , опосредует регрессию развитой В-клеточной лимфомы . [3]
К 2010 году врачи начали экспериментальное лечение пациентов с лейкемией с использованием Т-клеток, нацеленных на CD19, с добавлением ДНК для стимуляции деления клеток. По состоянию на 2015 год в исследованиях принимали участие около 350 пациентов с лейкемией и лимфомой. Антиген CD19 появляется только на В-клетках , что нарушается при лимфоме и лейкемии. Утрату В-клеток можно компенсировать с помощью иммуноглобулина . [4]
Стартапы, в том числе Juno Therapeutics, используют сочетание агрессивных опухолей и готовности FDA одобрить потенциальные методы лечения таких заболеваний, чтобы ускорить одобрение новых методов лечения. [4]
При терапии контрольных точек антитела связываются с молекулами, участвующими в регуляции Т-клеток , чтобы устранить ингибирующие пути, которые блокируют ответы Т-клеток, что известно как терапия иммунных контрольных точек. [4]
По состоянию на 2015 год метод был расширен для лечения рака шейки матки , лимфомы , лейкемии , рака желчных протоков и нейробластомы [3] , а в 2016 году — рака легких , рака молочной железы , саркомы и меланомы . [5] В 2016 году CD19-специфические Т-клетки, модифицированные химерным антигенным рецептором (CAR), использовались для лечения пациентов с рецидивирующими и рефрактерными CD19+ В-клеточными злокачественными новообразованиями, включая В-клеточный острый лимфобластный лейкоз (B-ALL), несущий перестройку смешанной линии. ген лейкемии (MLL) с CD19 CAR-T-клетками. [6]
В 2016 году исследователи разработали метод, который использует РНК раковых клеток для производства Т-клеток и иммунного ответа. Они заключили РНК в отрицательно заряженную жировую мембрану. In vivo этот электрический заряд направлял частицы к дендритным иммунным клеткам пациента , которые определяют цели иммунной системы. [7]
В 2017 году исследователи объявили о первом использовании донорских клеток (а не собственных клеток пациентов) для победы над лейкемией у двух младенцев, у которых другие методы лечения оказались неэффективными. Клетки имели четыре генетические модификации. Два из них были сделаны с использованием TALEN . Один изменил клетки так, чтобы они не атаковали все клетки другого человека. Другая модификация сделала мишенью опухолевые клетки. [8]
При меланоме резецированный образец меланомы переваривается в одноклеточную суспензию или разделяется на несколько фрагментов опухоли. Результат индивидуально выращивают в IL-2. Лимфоциты разрастаются. Они уничтожают опухоли в образце в течение 2–3 недель. Затем они производят чистые культуры лимфоцитов, которые можно проверить на реактивность против других опухолей в анализах совместного культивирования. Затем отдельные культуры размножают в присутствии IL-2 и избытка облученных антител против CD3 . Последний нацелен на субъединицу эпсилон в составе комплекса CD3 человека TCR. Через 5–6 недель после удаления опухоли можно получить до 10–11 лимфоцитов . [3]
Перед инфузией проводится препаративный лимфодеплетирующий режим, обычно циклофосфамид в дозе 60 мг/кг в течение 2 дней и флударабин в дозе 25 мг/м 2 в течение 5 дней. Это существенно увеличивает персистенцию введенных клеток, а также частоту и продолжительность клинических ответов. Затем вводят клетки и IL-2 в дозе 720 000 МЕ/кг до переносимости. [3]
Интерлейкин-21 может играть важную роль в повышении эффективности терапии in vitro на основе Т-клеток .
В ранних испытаниях подготовка модифицированных Т-клеток стоила 75 000 долларов за производство клеток для каждого пациента. [4]
Интерлейкин-2 обычно добавляется к извлеченным Т-клеткам для повышения их эффективности, но в высоких дозах он может оказывать токсическое действие. Уменьшение количества вводимых Т-клеток сопровождается снижением уровня IL-2, тем самым уменьшая побочные эффекты. Испытания in vitro на моделях меланомы и рака почки оправдали ожидания. [9]
В 2016 году последовательности Strep -tag II были введены в синтетические CAR или природные рецепторы Т-клеток, чтобы служить маркером для идентификации, быстрой очистки, подбора длины спейсера для оптимального функционирования и селективного, покрытого антителами, управляемого микрогранулами, крупномасштабного расширения. . Это облегчает производство cGMP чистых популяций сконструированных Т-клеток и позволяет отслеживать и извлекать перенесенные клетки in vivo для последующих исследовательских целей. [10]
Противоопухолевые рецепторы, генетически модифицированные в нормальные Т-клетки, можно использовать для терапии. Т-клетки можно перенаправить путем интеграции генов, кодирующих либо обычные альфа-бета-TCR, либо CAR. CAR ( рецепторы химерных антител ) были впервые изобретены в конце 1980-х годов и могут быть созданы путем связывания вариабельных областей тяжелой и легкой цепей антитела с внутриклеточными сигнальными цепями, такими как CD3-дзета, потенциально включая костимулирующие домены, кодирующие CD28 или CD137 . CAR могут обеспечивать распознавание компонентов клеточной поверхности, не ограничиваясь главными комплексами гистосовместимости (MHC). Их можно с высокой эффективностью внедрить в Т-клетки с помощью вирусных векторов . [3] [11]
Улучшение противоопухолевых ответов наблюдалось на моделях мышей и обезьян с использованием Т-клеток на ранних стадиях дифференцировки (таких как наивные или центральные клетки памяти). CD8 + Т-клетки следуют прогрессивному пути дифференцировки из наивных Т-клеток в память стволовых клеток, центральную память, эффекторную память и, в конечном итоге, в окончательно дифференцированные популяции эффекторных Т-клеток. [12] CD8 + Т-клетки парадоксальным образом теряют противоопухолевую силу, поскольку они приобретают способность лизировать клетки-мишени и вырабатывать цитокин интерферон-γ , качества, которые в противном случае считались бы важными для противоопухолевой эффективности. [13] [14] Состояние дифференцировки обратно пропорционально связано с пролиферацией и персистенцией. Возраст отрицательно коррелирует с клинической эффективностью. CD8 + Т-клетки могут существовать в состоянии, подобном стволовым клеткам, и способны к клональной пролиферации. Стволовые клетки Т-памяти человека экспрессируют генную программу, которая позволяет им широко размножаться и дифференцироваться в другие популяции Т-клеток. [3]
CD4 + Т-клетки также могут способствовать отторжению опухоли. CD4 + Т-клетки усиливают функцию CD8 + Т-клеток и могут напрямую уничтожать опухолевые клетки. Данные свидетельствуют о том, что Т-хелперы 17 могут способствовать устойчивому противоопухолевому иммунитету. [3] [15] [16]
Другие способы усиления иммунотерапии включают в себя воздействие на так называемые блокады внутренних иммунных контрольных точек. Многие из этих внутренних регуляторов включают молекулы с активностью убиквитинлигазы , включая CBLB . Совсем недавно было обнаружено, что CISH , молекула с активностью убиквитинлигазы, индуцируется лигированием Т-клеточного рецептора (TCR) и подавляется путем воздействия на критический сигнальный промежуточный продукт PLC-гамма-1. [17] Удаление CISH в эффекторных Т-клетках резко усиливает передачу сигналов TCR и последующее высвобождение, пролиферацию и выживаемость эффекторных цитокинов. Адоптивный перенос опухолеспецифичных эффекторных Т-клеток выключает или выключает CISH, что приводит к значительному увеличению функциональной авидности и устойчивому опухолевому иммунитету. На удивление никаких изменений в активности STAT5, предполагаемой цели CISH, не наблюдалось. Таким образом, CISH представляет собой новый класс внутренних иммунологических контрольных точек Т-клеток, потенциально способных улучшить адоптивную иммунотерапию. [18] [19] [20]
Ни объем опухоли, ни место метастазирования не влияют на вероятность достижения полной регрессии рака. Из 34 полных ответов в двух исследованиях один повторился. Только один пациент с полной регрессией получил более одного лечения. Предыдущее лечение таргетной терапией с использованием ингибитора Брафа вемурафениба ( Зелбораф ) не влияло на вероятность объективного ответа у пациентов с меланомой. Ранее неудачная иммунотерапия не снижала вероятность объективного ответа. [ нужна цитата ]
Новым методом лечения различных заболеваний является перенос стволовых клеток . [21] Клинически этот подход использовался для переноса иммуностимулирующих или толерогенных клеток (часто лимфоцитов ) либо для повышения иммунитета против вирусов и рака [22] [23] [24] либо для повышения толерантности при аутоиммунных заболеваниях. , [25] например, диабет I типа или ревматоидный артрит . Клетки, используемые в адоптивной терапии, могут быть генетически модифицированы с использованием технологии рекомбинантной ДНК . Одним из примеров этого в случае адоптивной терапии Т-клеток является добавление CAR для перенаправления специфичности цитотоксических и хелперных Т-клеток. [ нужна цитата ]
Адоптивный перенос аутологичных опухолевых инфильтрирующих лимфоцитов (TIL) [26] [27] [28] или генетически перенаправленных мононуклеарных клеток периферической крови [29] [30] использовался экспериментально для лечения пациентов с распространенными солидными опухолями, включая меланому и колоректальная карцинома , а также пациенты с CD19 -экспрессирующими гематологическими злокачественными новообразованиями , [31] рак шейки матки , лимфома , лейкемия , рак желчных протоков и нейробластома , [3] рак легких , рак молочной железы , саркома , меланома , [5] рецидивирующий и рефрактерный CD19+ В-клеточные злокачественные новообразования, включая острый В-клеточный лимфобластный лейкоз (B-ALL), несущий перестройку лейкоза смешанной линии (MLL). [6]
Перенос регуляторных Т-клеток использовался для лечения диабета 1 типа и других. [25]
Испытания начались в 1990-х годах и ускорились с 2010 года. [3]
В настоящее время проводится несколько клинических испытаний адоптивной клеточной терапии солидных опухолей, но проблемы в разработке такой терапии для этого типа злокачественных новообразований включают отсутствие поверхностных антигенов, которые не обнаруживаются в основных нормальных тканях, [11] трудно проникающие строма опухоли, а также факторы микроокружения опухоли, препятствующие активности иммунной системы. [32]
Нацеливание на нормальные, немутированные антигенные мишени, которые экспрессируются в нормальных тканях, но сверхэкспрессируются в опухолях, приводит к серьезной целевой и внеопухолевой токсичности. Токсичность наблюдалась у пациентов, получавших TCR с высокой авидностью, которые распознавали меланомно-меланоцитарные антигены MART-1 или gp100, у мышей при нацеливании на меланоцитарные антигены, у пациентов с раком почки, использующих CAR, нацеленный на карбоангидразу 9 , и у пациентов с метастатическим колоректальным раком. рак. [3]
Токсичность также может возникнуть, когда наблюдаются ранее неизвестные перекрестные реакции, направленные на нормальные собственные белки, экспрессируемые в жизненно важных органах. Известно, что рако-семенниковый антиген MAGE-A3 не экспрессируется ни в каких нормальных тканях. Однако воздействие на пептид, ограниченный HLA-A*0201, в MAGE-A3 вызвало серьезное повреждение серого вещества головного мозга, поскольку этот TCR также распознавал другой, но родственный эпитоп, который экспрессируется на низких уровнях в мозге. Тот факт, что CAR потенциально токсичны для аутоантигенов, наблюдался после инфузии CAR Т-клеток, специфичных для ERBB2. Два пациента умерли при лечении HLA-A1-рестриктированным MAGE-A3-специфичным TCR, аффинность которого была повышена за счет сайт-специфического мутагенеза. [3]
Антигены рака яичка представляют собой семейство внутриклеточных белков, которые экспрессируются во время развития плода, но в незначительной степени экспрессируются в нормальных тканях взрослого человека. Более 100 таких молекул подвергаются эпигенетической активации от 10 до 80% типов рака. Однако им не хватает высокого уровня экспрессии белка. Примерно 10% распространенных видов рака экспрессируют достаточно белка, чтобы представлять интерес для противоопухолевых Т-клеток. Низкие уровни некоторых антигенов раковых яичек экспрессируются в нормальных тканях, что сопровождается сопутствующей токсичностью. Антиген рака яичка NYESO-1 был нацелен на человеческий TCR, трансдуцированный в аутологичные клетки. ОШ наблюдались у 5 из 11 пациентов с метастатической меланомой и у 4 из 6 пациентов с высокорефрактерной синовиально-клеточной саркомой . [3]
«Самоубийственные переключатели» позволяют врачам убивать сконструированные Т-клетки в чрезвычайных ситуациях, которые угрожают выживанию пациентов. [4]
Синдром высвобождения цитокинов является еще одним побочным эффектом и может зависеть от терапевтической эффективности. По мере разрушения опухоли она высвобождает большое количество молекул клеточного сигнального белка. Этот эффект убил по меньшей мере семь пациентов. [4]
Молекулы, общие для опухолей и несущественных нормальных органов, представляют собой потенциальные мишени ACT, несмотря на связанную с ними токсичность. Например, молекула CD19 экспрессируется более чем на 90% В-клеточных злокачественных новообразований и на неплазматических В-клетках на всех стадиях дифференцировки и успешно используется для лечения пациентов с фолликулярной лимфомой , крупноклеточными лимфомами , хроническим лимфоцитарным лейкозом и острым лейкозом. лимфобластный лейкоз. Токсичность против CD19 приводит к потере В-клеток в кровообращении и костном мозге, которую можно преодолеть периодическими инфузиями иммуноглобулина . [3]
В качестве мишеней изучаются многочисленные другие В-клеточные антигены, включая CD22 , CD23 , ROR-1 и идиотип легкой цепи иммуноглобулина, экспрессируемый отдельным раком. CAR, нацеленные на CD33 или CD123, изучались в качестве терапии пациентов с острым миелолейкозом , хотя экспрессия этих молекул на нормальных предшественниках может привести к длительной миелоабляции . BCMA представляет собой белок семейства рецепторов фактора некроза опухоли , экспрессирующийся на зрелых В-клетках и плазматических клетках и может быть нацелен на множественную миелому . [3]