Nanobodies fra alpakaer kunne hjælpe med at bringe CAR T-celleterapi til solide tumorer

I 1989, to bachelorstuderende ved det frie universitet i Bruxelles blev bedt om at teste frosset blodserum fra kameler, og faldt over en hidtil ukendt slags antistof. Det var en miniaturiseret version af et humant antistof, består kun af to tunge proteinkæder, frem for to lette og to tunge kæder. Som de til sidst rapporterede, antistoffernes tilstedeværelse blev bekræftet ikke kun hos kameler, men også i lamaer og alpakaer.

Spol 30 år frem. I journalen PNAS denne uge, forskere ved Boston Children's Hospital og MIT viser, at disse mini-antistoffer, skrumpet yderligere for at skabe såkaldte nanobodies, kan hjælpe med at løse et problem på kræftområdet:at få CAR T-celleterapi til at virke i solide tumorer.

Meget lovende for blodkræft, chimeric antigen receptor (CAR) T-celleterapi gensplejser en patients egne T-celler for at gøre dem bedre til at angribe kræftceller. Dana-Farber/Boston Children's Cancer and Blood Disorders Center bruger i øjeblikket CAR T-celleterapi til recidiverende akut lymfatisk leukæmi (ALL), for eksempel.

Men CAR T-celler har ikke været gode til at eliminere solide tumorer. Det har været svært at finde kræftspecifikke proteiner på solide tumorer, der kunne tjene som sikre mål. Faste tumorer er også beskyttet af en ekstracellulær matrix, et understøttende væv af proteiner, der fungerer som en barriere, samt immunsuppressive molekyler, der svækker T-celleangrebet.

Nytænkning af CAR T-celler

Det er her, nanobodies kommer ind. I to årtier, de forblev stort set i hænderne på det belgiske hold. Men det ændrede sig, efter at patentet udløb i 2013.

"Mange mennesker gik ind i spillet og begyndte at værdsætte nanobodies' unikke egenskaber, " siger Hidde Ploegh, Ph.D., en immunolog i programmet i cellulær og molekylær medicin ved Boston Children's og seniorforsker på PNAS undersøgelse.

En nyttig egenskab er deres forbedrede målretningsevner. Ploegh og hans team hos Boston Children's, i samarbejde med Noo Jalikhani, Ph.D., og Richard Hynes, Ph.D. ved MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research, har udnyttet nanokroppe til at bære billeddannelsesmidler, muliggør præcis visualisering af metastaserende kræftformer.

Hynes-teamet målrettede nanobodies mod tumorernes ekstracellulære matrix, eller ECM – retter billeddannende midler ikke mod kræftcellerne selv, men på det miljø, der omgiver dem. Sådanne markører er fælles for mange tumorer, men forekommer typisk ikke på normale celler.

"Vores laboratorium og Hynes-laboratoriet er blandt de få, der aktivt forfølger denne tilgang til at målrette tumormikromiljøet, " siger Ploegh. "De fleste laboratorier leder efter tumorspecifikke antigener."

Målrettet mod tumorbeskyttere

Ploeghs laboratorium tog denne idé til CAR T-celleterapi. Hans hold, inklusive medlemmer af Hynes lab, tog sigte på netop de faktorer, der gør solide tumorer svære at behandle.

CAR T-cellerne, de skabte, var besat med nanobodies, der genkender specifikke proteiner i tumormiljøet, med signaler, der leder dem til at dræbe enhver celle, de er bundet til. Et protein, EIIIB, en variant af fibronectin, findes kun på nydannede blodkar, der forsyner tumorer med næringsstoffer. En anden, PD-L1, er et immunsuppressivt protein, som de fleste kræftformer bruger til at dæmpe nærgående T-celler.

Biokemiker Jessica Ingram, Ph.D. fra Dana-Farber Cancer Institute, Ploeghs partner og en medforfatter på papiret, ledet fremstillingsrørledningen. Hun ville køre til Amherst, Masse., at samle T-celler fra to alpakaer, Bryson og Sanchez, injicer dem med antigenet af interesse og høst deres blod til yderligere behandling tilbage i Boston for at generere mini-antistoffer.

Nedtagning af melanom og tyktarmskræft

Testet i to separate melanom musemodeller, samt en colon adenokarcinommodel i mus, de nanobody-baserede CAR T-celler dræbte tumorceller, signifikant bremset tumorvækst og forbedret dyrenes overlevelse, uden umiddelbart synlige bivirkninger.

Ploegh mener, at de konstruerede T-celler virker gennem en kombination af faktorer. De forårsagede skade på tumorvæv, som har tendens til at stimulere inflammatoriske immunresponser. Målretning mod EIIIB kan beskadige blodkar på en måde, der nedsætter blodtilførslen til tumorer, samtidig med at de gør dem mere permeable for kræftmedicin.

"Hvis du ødelægger den lokale blodforsyning og forårsager vaskulær lækage, du kan måske forbedre leveringen af ​​andre ting, der kan have sværere ved at komme ind, " siger Ploegh. "Jeg synes, vi skal se på det her som en del af en kombinationsterapi."

Fremtidige retninger

Ploegh mener, at hans holds tilgang kan være nyttig i mange solide tumorer. Han er især interesseret i at teste nanobody-baserede CAR T-celler i modeller af bugspytkirtelkræft og kolangiocarcinom, en galdevejskræft, som Ingram døde af i 2018.

The technology itself can be pushed even further, says Ploegh.

"Nanobodies could potentially carry a cytokine to boost the immune response to the tumor, toxic molecules that kill tumor and radioisotopes to irradiate the tumor at close range, " he says. "CAR T cells are the battering ram that would come in to open the door; the other elements would finish the job. I teorien, you could equip a single T cell with multiple chimeric antigen receptors and achieve even more precision. That's something we would like to pursue."

Yushu Joy Xie, a graduate student in Boston Children's Program in Cellular and Molecular Medicine and MIT's Koch Institute, was first author on the paper. Supporters include the Lustgarten Foundation, National Science Foundation, National Institutes of Health, the American Gastroenterological Association, the Howard Hughes Medical Institute Department of Defense and the National Cancer Institute. See the paper for details on authors and funders.