Адоптивный перенос клеток ( ACT ) — это перенос клеток пациенту . [1] Клетки могут быть получены от пациента или от другого человека. Чаще всего клетки получают из иммунной системы с целью улучшения иммунной функциональности и характеристик. При аутологичной иммунотерапии рака Т-клетки извлекаются из организма пациента, генетически модифицируются и культивируются in vitro , а затем возвращаются тому же пациенту. Для сравнения, аллогенная терапия включает клетки , выделенные и расширенные от донора, отдельного 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 пересаженных опухолей у мышей требовали культивирования и манипуляций с Т-клетками в культуре. Сингенные лимфоциты были перенесены от грызунов, сильно иммунизированных против опухоли, для подавления роста небольших устоявшихся опухолей, что стало первым примером ACT. [3]
Описание фактора роста Т-клеток интерлейкина-2 (ИЛ-2) в 1976 году позволило выращивать Т-лимфоциты in vitro , часто без потери эффекторных функций. Высокие дозы ИЛ-2 могли подавлять рост опухолей у мышей. Исследования 1982 года показали, что внутривенные иммунные лимфоциты могут лечить объемные подкожные лимфомы FBL3. Введение ИЛ-2 после переноса клеток усиливало терапевтический потенциал. [3]
В 1985 году введение ИЛ-2 вызвало стойкую регрессию опухоли у некоторых пациентов с метастатической меланомой . Лимфоциты, инфильтрирующие строму растущих трансплантируемых опухолей, обеспечили концентрированный источник инфильтрирующих опухоль лимфоцитов (TIL) и могли стимулировать регрессию сформировавшихся опухолей легких и печени. В 1986 году было обнаружено, что человеческие TIL из резецированных меланом содержат клетки, которые могут распознавать аутологичные опухоли. В 1988 году было показано, что аутологичные TIL уменьшают метастатические опухоли меланомы. [3] TIL, полученные из опухоли, обычно представляют собой смеси CD8 + и CD4 + Т-клеток с небольшим количеством основных загрязняющих клеток. [3]
В 1989 году Зелиг Эшхар опубликовал первое исследование, в котором был заменен рецептор таргетинга Т-клеток, и отметил, что это можно использовать для того, чтобы направлять 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 немиелоаблативного режима химиотерапии, назначенного непосредственно перед переносом TIL, увеличила регрессию рака, а также стойкую олигоклональную репопуляцию хозяина с перенесенными лимфоцитами. У некоторых пациентов введенные противоопухолевые клетки составляли до 80% CD8 + T-клеток через несколько месяцев после инфузии. [3]
Первоначально меланома была единственным видом рака, который воспроизводимо давал полезные культуры TIL. В 2006 году введение нормальных циркулирующих лимфоцитов, трансдуцированных ретровирусом, кодирующим рецептор Т-клеток (TCR), который распознавал меланомно-меланоцитарный антиген MART-1 , опосредовало регрессию опухоли. В 2010 году было показано, что введение лимфоцитов, генетически сконструированных для экспрессии химерного рецептора антител (CAR) против антигена В-клеток CD19, опосредовало регрессию прогрессирующей 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 испытания вылечили около 350 пациентов с лейкемией и лимфомой. Антиген CD19 появляется только на В-клетках , которые выходят из строя при лимфоме и лейкемии. Потерю В-клеток можно компенсировать с помощью иммуноглобулина . [4]
Стартапы, включая Juno Therapeutics, используют сочетание агрессивных опухолей и готовности FDA одобрять потенциальные методы лечения таких заболеваний для ускорения одобрения новых методов лечения. [4]
При терапии контрольных точек антитела связываются с молекулами, участвующими в регуляции Т-клеток , чтобы устранить ингибирующие пути, которые блокируют реакции 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 модифицированные Т-клетки, специфичные к CD19, химерные антигенные рецепторы (CAR), использовались для лечения пациентов с рецидивирующими и рефрактерными злокачественными новообразованиями CD19+ В-клеток , включая острый лимфобластный лейкоз В-клеток (B-ALL), несущий перестройку гена лейкемии смешанной линии (MLL) с помощью Т-клеток CD19 CAR. [6]
В 2016 году исследователи разработали метод, который использовал 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, для которых другие методы лечения не дали результата. Клетки имели четыре генетические модификации. Две были сделаны с использованием TALEN . Одна изменила клетки таким образом, что они не атаковали все клетки другого человека. Другая модификация сделала опухолевые клетки своей целью. [8]
По состоянию на февраль 2024 года FDA одобрило 27 продуктов передовой клеточной терапии (CTP) . [9] К ним относятся продукты гемопоэтических стволовых клеток ( Hemacord , Clinimmune, Ducord , Lifesouth, Bloodworks, Allocord , Clevecord и Omisirge ); продукты CART ( Kymriah , Yescarta , Tecartus , Breyanzi , Abecma и Carvykti ); генные терапии Zynteglo , Casgevy , Skysona и Lyfgenia ; и различные другие продукты клеточной терапии ( Provenge , Laviv, Gintuit , Maci, Stratagraft , Rethymic , Lantidra и Amtagvi ).
При меланоме резецированный образец меланомы переваривается в суспензию отдельных клеток или делится на несколько фрагментов опухоли. Результат индивидуально выращивается в IL-2. Лимфоциты разрастаются. Они разрушают 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 размножаются в присутствии IL-2 и избыточного количества облученных анти-CD3-антител . Последнее нацелено на эпсилон-субъединицу в комплексе человеческого CD3 TCR. Через 5–6 недель после резекции опухоли можно получить до 10 11 лимфоцитов. [3]
Перед инфузией проводится лимфодеплеционный подготовительный режим, обычно 60 мг/кг циклофосфамида в течение 2 дней и 25 мг/м 2 флударабина в течение 5 дней. Это существенно увеличивает персистенцию инфузионных клеток, а также частоту и продолжительность клинических ответов. Затем вводятся клетки и ИЛ-2 в дозе 720 000 МЕ/кг до толерантности. [3]
Интерлейкин-21 может играть важную роль в повышении эффективности терапии in vitro на основе Т-клеток .
В ранних испытаниях стоимость подготовки модифицированных Т-клеток для каждого пациента составляла 75 000 долларов США. [4]
Интерлейкин-2 обычно добавляют к извлеченным Т-клеткам для повышения их эффективности, но в больших дозах он может оказывать токсическое действие. Уменьшение количества введенных Т-клеток сопровождается уменьшением ИЛ-2, тем самым уменьшая побочные эффекты. Тесты in vitro на моделях меланомы и рака почки оправдали ожидания. [10]
В 2016 году последовательности Strep -tag II были введены в синтетические CAR или естественные рецепторы Т-клеток, чтобы служить маркером для идентификации, быстрой очистки, настройки длины спейсера для оптимальной функции и селективного, покрытого антителами, управляемого микрошариками, крупномасштабного расширения. Это облегчает производство cGMP чистых популяций сконструированных Т-клеток и позволяет отслеживать in vivo и извлекать перенесенные клетки для последующих исследовательских приложений. [11]
Генетически сконструированные противоопухолевые рецепторы в нормальных Т-клетках могут использоваться для терапии. Т-клетки могут быть перенаправлены путем интеграции генов, кодирующих либо обычные альфа-бета TCR, либо CAR. CAR ( химерные рецепторы антител ) были впервые разработаны в конце 1980-х годов и могут быть сконструированы путем связывания вариабельных областей тяжелых и легких цепей антител с внутриклеточными сигнальными цепями, такими как CD3-zeta, потенциально включая костимулирующие домены, кодирующие CD28 или CD137 . CAR могут обеспечивать распознавание компонентов клеточной поверхности, не ограничиваясь главными комплексами гистосовместимости (MHC). Их можно вводить в Т-клетки с высокой эффективностью с помощью вирусных векторов . [3] [12]
Улучшенные противоопухолевые реакции были замечены в моделях мышей и обезьян с использованием Т-клеток на ранних стадиях дифференциации (таких как наивные или центральные клетки памяти). CD8 + Т-клетки следуют прогрессивному пути дифференциации от наивных Т-клеток в стволовые клетки памяти, центральную память, эффекторную память и, в конечном счете, в терминально дифференцированные популяции эффекторных Т-клеток. [13] 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 важными для противоопухолевой эффективности. [14] [15] Состояние дифференциации обратно пропорционально пролиферации и персистенции. Возраст отрицательно коррелирует с клинической эффективностью. CD8 + Т-клетки могут существовать в состоянии, подобном стволовым клеткам, способным к клональной пролиферации. Человеческие стволовые клетки памяти Т-клеток экспрессируют генную программу, которая позволяет им широко пролиферировать и дифференцироваться в другие популяции Т-клеток. [3]
CD4 + T-клетки также могут способствовать отторжению опухоли. CD4 + T-клетки усиливают функцию CD8 + T-клеток и могут напрямую уничтожать опухолевые клетки. Данные свидетельствуют о том, что T-хелперные клетки 17 могут способствовать устойчивому противоопухолевому иммунитету. [3] [16] [17]
Другие способы усиления иммунотерапии включают в себя нацеливание на так называемые внутренние иммунные контрольные точки. Многие из этих внутренних регуляторов включают молекулы с активностью убиквитинлигазы , включая CBLB . Совсем недавно было обнаружено, что CISH , молекула с активностью убиквитинлигазы, индуцируется лигированием рецептора Т-клеток (TCR) и подавляется нацеливанием на критический сигнальный промежуточный PLC-gamma-1. [18] Удаление CISH в эффекторных Т-клетках значительно усиливает сигнализацию TCR и последующее высвобождение эффекторных цитокинов, пролиферацию и выживание. Адоптивный перенос опухолеспецифических эффекторных Т-клеток выключает или выключает CISH, что приводит к значительному увеличению функциональной авидности и устойчивому иммунитету опухоли. Удивительно, но не произошло никаких изменений в активности STAT5, предполагаемой цели CISH. Таким образом, CISH представляет собой новый класс внутренних иммунологических контрольных точек Т-клеток с потенциалом для улучшения адоптивной иммунотерапии. [19] [20] [21]
Ни объем опухоли, ни место метастазирования не влияют на вероятность достижения полной регрессии рака. Из 34 пациентов с полным ответом в двух испытаниях у одного произошел рецидив. Только один пациент с полной регрессией получил более одного лечения. Предшествующее лечение таргетной терапией с использованием ингибитора Braf вемурафениба ( Зелбораф ) не повлияло на вероятность того, что пациенты с меланомой испытают объективный ответ. Предшествующая неудавшаяся иммунотерапия не снизила шансы на объективный ответ. [ необходима цитата ]
Новым методом лечения различных заболеваний является перенос стволовых клеток . [22] Клинически этот подход использовался для переноса либо иммуностимулирующих, либо толерогенных клеток (часто лимфоцитов ) для усиления иммунитета против вирусов и рака [23] [24] [25] или для повышения толерантности в условиях аутоиммунного заболевания , [26] такого как 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. [ необходима ссылка ]
Адаптивный перенос аутологичных лимфоцитов, инфильтрирующих опухоль (TIL) [27] [28] [29] или генетически перенаправленных мононуклеарных клеток периферической крови [30] [31] использовался экспериментально для лечения пациентов с запущенными солидными опухолями, включая меланому и колоректальную карциному , а также пациентов с гематологическими злокачественными новообразованиями , экспрессирующими CD19 , [32] раком шейки матки , лимфомой , лейкемией , раком желчных протоков и нейробластомой , [3] раком легких , раком молочной железы , саркомой , меланомой , [5] рецидивирующими и рефрактерными злокачественными новообразованиями CD19+ B-клеток , включая острый лимфобластный лейкоз B-клеток (B-ALL), несущий перестройку лейкоза смешанной линии (MLL). [6]
Перенос регуляторных Т-клеток использовался для лечения диабета 1 типа и других заболеваний. [26]
Испытания начались в 1990-х годах и ускорились с 2010 года. [3]
В настоящее время проводится несколько клинических испытаний адоптивной клеточной терапии для солидных опухолей, но проблемы в разработке таких методов лечения для этого типа злокачественных новообразований включают в себя отсутствие поверхностных антигенов, которые не встречаются на основных нормальных тканях, [12] труднопроницаемую опухолевую строму и факторы в микроокружении опухоли, которые препятствуют активности иммунной системы. [33]
Нацеливание на нормальные, немутировавшие антигенные мишени, которые экспрессируются на нормальных тканях, но сверхэкспрессируются на опухолях, привело к тяжелой токсичности на цели, вне опухоли. Токсичность наблюдалась у пациентов, которым были назначены высокоавидные TCR, распознающие меланомно-меланоцитарные антигены MART-1 или gp100, у мышей при нацеливании на меланоцитарные антигены, у пациентов с раком почки с использованием CAR, нацеленного на карбоангидразу 9 , и у пациентов с метастатическим колоректальным раком. [3]
Токсичность также может возникнуть, когда ранее неизвестные перекрестные реакции наблюдаются, когда направлены на нормальные собственные белки, экспрессируемые в жизненно важных органах. Известно, что антиген рака яичек MAGE-A3 не экспрессируется ни в одной нормальной ткани. Однако нацеливание на пептид, ограниченный HLA-A*0201 в MAGE-A3, вызвало серьезное повреждение серого вещества в мозге, поскольку этот TCR также распознал другой, но связанный эпитоп, который экспрессируется на низких уровнях в мозге. То, что CAR потенциально токсичны для собственных антигенов, было отмечено после инфузии CAR T-клеток, специфичных для ERBB2. Два пациента умерли при лечении ограниченным HLA-A1 MAGE-A3 TCR, аффинность которого была повышена с помощью сайт-специфического мутагенеза. [3]
Антигены рака-яичек представляют собой семейство внутриклеточных белков, которые экспрессируются во время развития плода, но с небольшой экспрессией в нормальных тканях взрослого человека. Более 100 таких молекул эпигенетически активируются в 10–80% типов рака. Однако у них отсутствуют высокие уровни экспрессии белка. Примерно 10% распространенных видов рака, по-видимому, экспрессируют достаточно белка, чтобы представлять интерес для противоопухолевых Т-клеток. Низкие уровни некоторых антигенов рака-яичек экспрессируются в нормальных тканях, с сопутствующей токсичностью. Антиген рака-яичек NYESO-1 был нацелен с помощью человеческого TCR, трансдуцированного в аутологичные клетки. OR были обнаружены у 5 из 11 пациентов с метастатической меланомой и 4 из 6 пациентов с высокорефрактерной синовиальной клеточной саркомой . [3]
«Суицидальные переключатели» позволяют врачам убивать сконструированные Т-клетки в экстренных ситуациях, которые угрожают выживанию пациента. [4]
Синдром высвобождения цитокинов — еще один побочный эффект, который может быть функцией 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 на более чем 90% злокачественных опухолей В-клеток и на неплазменных В-клетках на всех стадиях дифференциации и успешно применяется для лечения пациентов с фолликулярной лимфомой , крупноклеточными лимфомами , хроническим лимфоцитарным лейкозом и острым лимфобластным лейкозом. Токсичность в отношении CD19 приводит к потере В-клеток в кровотоке и в костном мозге, что можно преодолеть с помощью периодических инфузий иммуноглобулина . [3]
Множество других антигенов В-клеток изучаются в качестве мишеней, включая CD22 , CD23 , ROR-1 и идиотип легкой цепи иммуноглобулина, экспрессируемый отдельным раком. CAR, нацеленные либо на CD33 , либо на CD123, изучались в качестве терапии для пациентов с острым миелоидным лейкозом , хотя экспрессия этих молекул на нормальных предшественниках может привести к длительной миелоабляции . BCMA — это белок семейства рецепторов фактора некроза опухоли, экспрессируемый на зрелых В-клетках и плазматических клетках, и может быть нацелен на множественную миелому . [3]