Терапия на основе Т-клеточных рецепторов, известная как TCR-терапия, представляет собой метод лечения рака, при котором иммунные клетки (Т-лимфоциты) генетически модифицируют, чтобы они могли с высокой точностью распознавать и уничтожать злокачественные образования. Этот подход напоминает CAR-T-терапию, но имеет важное отличие. CAR-T-клетки распознают белки, расположенные на внешней поверхности раковых клеток, тогда как TCR-терапия способна проникать глубже: она выявляет небольшие фрагменты белков, которые образуются внутри опухолевой клетки, а затем переносятся на её поверхность и служат своеобразными опознавательными метками.
Такая расширенная возможность особенно важна для лечения солидных опухолей. Многие молекулярные изменения, делающие эти клетки раковыми, находятся внутри клетки, а не на её внешней оболочке, что делает их недоступными для большинства существующих методов иммунотерапии. Несмотря на потенциал, TCR-терапия сталкивается с серьёзным практическим препятствием. Современные подходы, как правило, требуют персонализированного лечения из собственных Т-клеток пациента. Их производство может занимать недели, а стоимость достигает шестизначных сумм. Учёные рассматривали и другой вариант — использование Т-клеток от здоровых доноров для создания заранее заготовленных препаратов, которые можно хранить и применять у многих пациентов. Однако донорские клетки несут дополнительную опасность: они могут вызвать реакцию «трансплантат против хозяина» — серьёзное состояние, при котором пересаженные иммунные клетки ошибочно атакуют здоровые ткани пациента.
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) заявили, что разработали стратегию, способную решить обе проблемы одновременно. В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports Medicine, учёные описали масштабируемый метод получения однородных партий Т-клеток, нацеленных на рак, из стволовых клеток крови, взятых из донорской пуповинной крови. Эти клетки сконструированы так, чтобы распознавать белок, встречающийся во многих типах солидных опухолей. При тестировании на мышиных моделях рака яичников и меланомы однократная доза модифицированных клеток, получивших название AlloESO-T, сдерживала рост опухоли и помогала животным жить дольше без опасных побочных эффектов.
«Эта платформа приближает нас к будущему, где препарат уже изготовлен, заморожен и готов к применению, как только он понадобится пациенту», — сказала соавтор исследования Лили Ян, профессор микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики, сотрудник Центра исследований стволовых клеток UCLA и Онкологического центра Джонссона при UCLA Health. Вместо того чтобы начинать со зрелых Т-клеток донора, команда UCLA начала процесс на более раннем этапе развития иммунных клеток. Они использовали стволовые клетки крови из пуповинной крови — незрелые клетки, способные впоследствии превратиться в любой основной тип клеток крови и иммунной системы. Исследователи встроили ген рецептора, распознающего NY-ESO-1 — белок, присутствующий во многих солидных опухолях. Фрагменты NY-ESO-1 переносятся из внутренней части опухолевых клеток на их поверхность, где их могут распознать Т-лимфоциты. После генетической модификации стволовых клеток учёные направили их развитие в зрелые Т-клетки в лабораторных условиях.
Добавление противоракового рецептора на столь раннем этапе даёт важное преимущество. По мере созревания модифицированных стволовых клеток они не приобретают случайный набор естественных Т-клеточных рецепторов, обычно присутствующих на донорских Т-лимфоцитах. Это может снизить риск того, что полученные клетки будут распознавать и атаковать здоровые ткани. Традиционные методы, основанные на зрелых донорских Т-клетках, требуют дополнительного редактирования генов, чтобы отключить их существующие рецепторы, поскольку некоторые из них могут реагировать против пациента. «Стволовые клетки недифференцированы — они ещё не стали зрелыми Т-клетками с уже закреплённым рецептором, — пояснил соавтор работы Ичэнь (Джон) Чжу, аспирант программы подготовки Центра исследований стволовых клеток UCLA. — Когда мы превращаем наши модифицированные стволовые клетки в Т-лимфоциты, практически все полученные клетки несут один и тот же рецептор и нацелены на одну и ту же опухолевую мишень».
Одной из главных проблем при лечении солидных опухолей является их разнородность. Раковые клетки в пределах одной опухоли могут значительно отличаться друг от друга, и некоторые из них способны перестать отображать молекулярный маркер, на который был рассчитан препарат. Это явление, известное как «ускользание антигена», позволяет раковым клеткам выживать даже при первоначальном успехе таргетной терапии. Команда UCLA создала клетки AlloESO-T с дополнительным механизмом обнаружения рака. Помимо сконструированного рецептора к NY-ESO-1, эти клетки несут рецепторы естественных киллеров, распознающие сигналы стресса, которые демонстрируют многие опухолевые клетки. Эта дополнительная система обнаружения означает, что клетки могут по-прежнему распознавать и уничтожать опухолевую клетку, даже если она перестала показывать NY-ESO-1. «Солидные опухоли очень разнообразны, — отметил Чжу. — Некоторые опухолевые клетки теряют или скрывают антиген, который должна находить терапия, — это и есть ускользание антигена. Когда это происходит, лечение, построенное вокруг одной мишени, теряет хватку. Наши клетки, полученные из стволовых, сохраняют второй механизм уничтожения таких опухолевых клеток». Лабораторные эксперименты с человеческими клетками меланомы, рака яичников и предстательной железы подтвердили эту идею. Рецепторы естественных киллеров позволяли модифицированным Т-клеткам уничтожать раковые клетки, которые не удавалось ликвидировать только через нацеливание на NY-ESO-1.
Затем исследователи протестировали клетки на мышиных моделях рака яичников. Однократное лечение клетками AlloESO-T обеспечило длительный контроль над опухолью и продлило выживаемость. Для сравнения, мыши, получавшие модифицированные Т-клетки из зрелых донорских клеток, демонстрировали лишь частичный контроль над опухолью и развивали реакцию «трансплантат против хозяина». Похожие результаты были получены на модели меланомы. Клетки AlloESO-T замедляли рост опухоли и отдаляли возвращение болезни, тогда как conventionally engineered (традиционно сконструированные) клетки сравнения обеспечивали лишь временный контроль. Исследователи также обнаружили существенные различия в поведении двух типов клеток после лечения. После одной инфузии количество клеток AlloESO-T увеличилось примерно в 100 раз. Они проникали в опухоли, размножались там, где это было необходимо, и оставались активными в течение нескольких недель, в основном избегая здоровых органов. Традиционно сконструированные донорские Т-клетки вели себя иначе: они накапливались в печени и лёгких и вызывали токсичность того типа, который новая стратегия призвана предотвратить.
Помимо контроля над опухолью, одним из наиболее значимых потенциальных преимуществ платформы является производство. Персонализированные препараты на основе Т-клеток требуют сбора и обработки клеток отдельно для каждого пациента. Использование стволовых клеток в качестве исходного материала могло бы позволить производить терапевтические клетки в гораздо больших масштабах. Поскольку стволовые клетки пуповинной крови способны генерировать огромное количество иммунных клеток, относительно небольшой исходный запас может потенциально превратиться в тысячи лечебных доз. «Из небольшого числа стволовых клеток пуповинной крови мы можем получить триллионы терапевтических клеток — этого хватит на тысячи доз — примерно за шесть недель, — сказал соавтор исследования Яньжуйдэ (Чарли) Ли, постдокторант лаборатории Ян. — При оценочной стоимости 5 000 долларов за дозу этот подход был бы гораздо доступнее сегодняшних методов лечения». Эта предполагаемая цена была бы значительно ниже стоимости современных персонализированных Т-клеточных препаратов, которая может достигать сотен тысяч долларов. Исследователи рассматривают AlloESO-T не просто как лечение, построенное вокруг одного ракового белка. Многие солидные опухоли не имеют подходящих белков на внешней поверхности, которые могли бы распознать традиционные методы иммунотерапии. Подходы на основе TCR предлагают другой путь, поскольку их рецепторы способны идентифицировать фрагменты белков, образующиеся внутри опухолевых клеток и затем отображаемые на поверхности. Эта способность могла бы открыть дорогу к лечению рака, который остаётся труднодоступным для существующих клеточных терапий. «Мы представляем не просто одну терапию для одной мишени. Мы хотим поделиться самой платформой, — сказал Ли. — Как только рецептор для данного ракового антигена прошёл валидацию, мы можем встроить его в эту систему и получить Т-клетки, специфичные к этой мишени».
Система AlloESO-T также опирается на производственные наработки, уже выполненные лабораторией Ян для её платформы CAR-NKT — отдельной стратегии готовой к применению (off-the-shelf) иммунотерапии. Исследователи уже заключили партнёрство с Центром передовых биотехнологий UCLA Health для производства клеток клинического уровня для этой программы. Они рассчитывают использовать те же производственные связи для масштабирования AlloESO-T, что потенциально позволит быстрее продвинуть технологию к клиническим испытаниям, чем если бы процесс производства пришлось разрабатывать с нуля. Описанные в исследовании терапевтические клетки на данный момент оценивались только в доклинических экспериментах. Они не тестировались на людях в рамках клинических испытаний и не были одобрены FDA как безопасные или эффективные для применения у человека. Дополнительные авторы работы включают Цзяцзи Ю, Ю Джон Ким, Яньсинь Тянь, Чжэ Ли, Юнин Чэнь, Цзыбай Люй, Эньбо Чжу, Аннабель С. Чжао, Натана Ма, Кэтрин Чжан, Адама Крамера, Мэтью Уилсона, Райана Хона, Ю-Чэнь Вана, Сыюй Линь, Синьюань Шэнь, Зои Хан, Юйчун Чжан и Айцзюнь Ван. Исследование поддержали Калифорнийский институт регенеративной медицины, Институт молекулярной биологии UCLA, Управление канцлера UCLA и Центр микробиома Гудмана-Ласкина UCLA.