Ginagawang sandata ang "kalasag" ng tumor laban sa tumor mismo

Ayon kay Peter Insio Wang, ang mga tumor cell ay "tuso." Mayroon silang masasamang paraan ng pag-iwas sa immune response ng tao na lumalaban sa mga cancerous invader na ito. Ang mga selula ng tumor ay nagpapahayag ng mga naka-program na molekula ng death-ligand 1 (PD-L1), na nagsisilbing isang proteksiyon na kalasag na pumipigil sa ating mga immune cell, na lumilikha ng isang balakid sa mga na-target na immunotherapies ng kanser.

Si Wang, ang Alfred E. Mann Chair sa Biomedical Engineering at may hawak ng Dwight C. at Hildagard E. Baum Chair sa Biomedical Engineering, ay namumuno sa isang laboratoryo na nakatuon sa pangunguna sa pananaliksik sa mga engineered immunotherapies na ginagamit ang immune system ng tao upang lumikha ng hinaharap na arsenal sa paglaban sa kanser.

Ang mga mananaliksik sa lab ni Wang ay nakabuo ng isang bagong diskarte na lumiliko sa mapanlinlang na mekanismo ng depensa ng isang tumor cell laban sa sarili nito, na ginagawang mga target ang mga molekulang ito ng "kalasag" para sa mga cell na chimeric antigen receptor (CAR) T na inhinyero ng lab na inhinyero ni Wang na nakaprograma upang atakehin ang cancer.

Ang gawain, na isinagawa ng Wang's lab postdoctoral fellow Lingshan Zhu, kasama si Wang, research scientist na si Longwei Liu at ang kanilang mga co-authors, ay nai-publish sa journal ACS Nano.

Ang CAR T-cell therapy ay isang rebolusyonaryong paggamot sa kanser kung saan ang mga T cells, isang uri ng white blood cell, ay tinanggal mula sa isang pasyente at binibigyan ng natatanging chimeric antigen receptor (CAR). Ang CAR ay nagbubuklod sa mga antigen na nauugnay sa mga selula ng kanser, na nagtuturo sa mga selulang T na patayin ang mga selula ng kanser.

Ang pinakabagong gawa mula sa lab ni Wang ay isang dinisenyong monobody para sa CAR T cells, na tinatawag ng team na PDbody, na nagbubuklod sa PD-L1 protein sa isang cancer cell, na nagpapahintulot sa CAR na makilala ang tumor cell at harangan ang mga panlaban nito.

"Isipin mo ang CAR bilang isang tunay na kotse. Mayroon kang makina at gas. Ngunit mayroon ka ring preno. Sa esensya, ang makina at gas ay nagtutulak sa CAR T upang sumulong at patayin ang tumor. Ngunit ang PD-L1 ay kumikilos bilang isang preno na humihinto dito," sabi ni Wang.

Sa gawaing ito, si Zhu, Liu, Wang at ang koponan ay nag-engineered ng mga T cell upang harangan ang nakakahadlang na "preno" na mekanismong ito at gawing target ng pagkawasak ang molekula ng PD-L1.

"Ang chimeric PDbody-CAR molecule na ito ay maaaring gumawa ng ating CAR T cells na atakehin, kilalanin at patayin ang tumor. Kasabay nito, ito ay haharang at pipigil sa tumor cell sa paghinto sa pag-atake ng CAR T cell. Sa ganitong paraan, ang ating CAR T cells ay magiging mas malakas," sabi ni Wang.

Ang CAR T-cell therapy ay pinaka-epektibo laban sa mga "wet" na kanser tulad ng leukemia. Ang hamon para sa mga mananaliksik ay ang bumuo ng mga advanced na CAR T cells na maaaring magkaiba sa pagitan ng cancer at malusog na mga cell.

Ang lab ni Wang ay nag-e-explore ng mga paraan upang i-target ang teknolohiya sa mga tumor upang ang mga CAR T cell ay ma-activate sa lugar ng tumor nang hindi naaapektuhan ang malusog na tissue.

Sa gawaing ito, ang koponan ay nakatuon sa isang mataas na invasive na anyo ng kanser sa suso na nagpapahayag ng protina na PD-L1. Gayunpaman, ang PD-L1 ay ipinahayag din ng iba pang mga uri ng mga cell. Kaya't tiningnan ng mga mananaliksik ang natatanging tumor microenvironment - ang mga cell at matrice na agad na nakapaligid sa tumor - upang matiyak na ang kanilang dinisenyo na PDbody ay mas partikular na magbubuklod sa mga selula ng kanser.

"Alam namin na ang pH sa tumor microenvironment ay medyo mababa - ito ay medyo acidic," sabi ni Zhu. "Kaya gusto namin ang aming PDbody na magkaroon ng mas mahusay na kakayahan sa pagbubuklod sa isang acidic na microenvironment, na makakatulong sa aming PDbody na makilala ang mga selula ng tumor mula sa iba pang nakapaligid na mga cell."

Upang pahusayin ang katumpakan ng paggamot, gumamit ang team ng genetic na "gate" system na tinatawag na SynNotch, na nagsisiguro na ang mga selulang cancer ng CAR T na may PDbody ay umaatake lamang sa mga selula ng kanser na nagpapahayag ng ibang protina na kilala bilang CD19, na binabawasan ang panganib na makapinsala sa mga malulusog na selula.

"Sa madaling salita, ang mga T cell ay maa-activate lamang sa tumor site salamat sa SynNotch gate system na ito," sabi ni Zhu. "Hindi lamang ang pH ay mas acidic, ngunit ang ibabaw ng tumor cell ay tutukoy kung ang T cell ay isaaktibo, na nagbibigay sa amin ng dalawang antas ng kontrol."

Nabanggit ni Zhu na ang koponan ay gumamit ng isang modelo ng mouse, at ang mga resulta ay nagpakita na ang SynNotch gating system ay nagdidirekta sa CAR T cells na may PDbody upang i-activate lamang sa tumor site, na pumatay ng mga tumor cell habang nananatiling ligtas para sa iba pang bahagi ng hayop.

Isang prosesong inspirasyon ng ebolusyon upang lumikha ng PDbody

Gumamit ang koponan ng mga pamamaraan ng pagkalkula at kumuha ng inspirasyon mula sa proseso ng ebolusyon upang lumikha ng kanilang mga dalubhasang PDbodies. Ang nakadirekta na ebolusyon ay isang prosesong ginagamit sa biomedical engineering upang gayahin ang proseso ng natural selection sa isang laboratoryo.

Ang mga mananaliksik ay lumikha ng isang nakadirekta na platform ng ebolusyon na may isang higanteng library ng mga pag-ulit ng kanilang dinisenyo na protina upang matuklasan kung aling bersyon ang maaaring pinaka-epektibo.

"Kailangan naming lumikha ng isang bagay na makikilala ang PD-L1 sa ibabaw ng tumor," sabi ni Wang.

"Gamit ang nakadirekta na ebolusyon, pumili kami ng maraming iba't ibang monobody mutations para piliin kung alin ang magbibigkis sa PD-L1. Ang napiling bersyon ay may mga feature na ito na hindi lamang makikilala ang tumor PD-L1, ngunit hinaharangan din ang mekanismo ng preno na mayroon ito, at pagkatapos ay idirekta ang CAR T cell sa ibabaw ng tumor upang atakehin at patayin ang mga tumor cell."

"Isipin kung gusto mong makahanap ng isang napaka-espesipikong isda sa karagatan - iyon ay talagang mahirap," sabi ni Liu. "Ngunit ngayon sa nakadirekta na platform ng ebolusyon na aming binuo, mayroon kaming isang paraan upang makuha ang mga partikular na protina na ito na may tamang pag-andar."

Ang pangkat ng pananaliksik ay nag-e-explore na ngayon kung paano i-optimize ang mga protina upang lumikha ng mas tumpak at epektibong mga CAR T cell bago lumipat sa mga klinikal na aplikasyon. Kasama rin dito ang pagsasama ng mga protina sa mga aplikasyon ng ultratunog na nakatuon sa pambihirang tagumpay ng lab ni Wang upang malayuang makontrol ang mga CAR T cells upang ma-activate lang ang mga ito sa mga tumor site.

"Mayroon na kaming lahat ng mga genetic na tool na ito upang manipulahin, kontrolin at i-program ang mga immune cell na ito upang magkaroon ng napakaraming kapangyarihan at paggana," sabi ni Wang. "Umaasa kaming lumikha ng mga bagong paraan upang idirekta ang kanilang pag-andar para sa partikular na mapaghamong mga paggamot sa solidong tumor."