Anatomia CARów

CAR (chimeric antigen receptor) to rekombinowany receptor, którego ligandem jest antygen powierzchniowy nowotworu. Zazwyczaj składa się z części łańcucha zmiennego przeciwciała (scFv), części zawiasowej zakotwiczającej receptor w błonie komórkowej, części przezbłonowej oraz domeny sygnalnej. CARy mają zdolność do rozpoznawania antygenów, które nie są prezentowane w kontekście MHC (głównego układu zdolności tkankowej). Dzięki tej zdolności limfocyty z dołączonym chimerycznym receptorem mogą przechytrzyć nowotwór, który potrafi zmniejszać ekspresje MHC lub przetwarzać antygen w taki sposób, że limfocyty MHC-zależne nie są w stanie go rozpoznać.

Wszystkie składowe receptora CAR wpływają na jego specyficzność, powinowactwo, produkcje cytokin i proliferacje. Jednak kluczową funkcję pełni moduł sygnalny, który utworzony jest z cząsteczek sygnalnych limfocytu T. Moduł ten inicjuje kaskadę przekazywania sygnału, która z kolei pozwala na zapoczątkowanie odpowiedzi komórkowej.

Generacje CARów

CARy zostały podzielone na generacje w oparciu o złożoność domeny sygnalnej. Pierwsza generacja zawiera łańcuch ζ pochodzący z kompleksu TCR/CD3 i łańcuch γ z receptora dla immunoglobuliny E (FcεRI). Łańcuchy te inicjują kaskady przesyłania sygnałów, co prowadzi do transkrypcji genów, aktywacji komórki i wyzwolenia odpowiedzi komórkowej. Niestety, komórki nowotworowe są w stanie indukować tolerancje na swoje antygeny lub prowadzić do anergii limfocytów T, poprzez brak drugiego sygnału niezbędnego do aktywacji, pochodzącego od cząsteczek kostymulujących. Z tego powodu zostały podjęte prace w celu wytworzenia kolejnych generacji CARów rozwiązujących ten problem.

CARy drugiej i trzeciej generacji w swoim konstrukcie genowym mają dołączone dodatkowe elementy zapewniające przekazanie aż dwóch sygnałów kostymulujących np. CD28, 4-1BB i oczywiście CD3 ζ (Rys. 1 A). Te CARy wzmagały produkcje cytokin i hamowały rozwój nowotworu w badaniach przeprowadzonych na myszach.

Czwarta generacja nakierowana na zabijanie przy użyciu cytokin zawierała dodatkowo kasetę ekspresyjną cytokin (Rys. 1 B). Cytokiny prozapalne mogą być produkowane konstytutywnie lub w momencie, kiedy limfocyt T jest aktywowany przez sygnał pochodzący z CARów. Zasada tej metody jest następująca - kiedy aktywowany limfocyt zaczyna wydzielać cytokiny w miejscu zmiany nowotworowej, cytokiny przyciągają inne komórki układu immunologicznego. Nagromadzenie tych komórek powoduje wzmożoną odpowiedź immunologiczną, co znacząco zwiększa szansę na zabicie komórek nowotworowych.

Rysunek 1 Schematyczna reprezentacja struktury receptorów CAR. Źródło: Dai H, Wang Y, Lu X, Han W. Chimeric Antigen Receptors Modified T-Cells for Cancer Therapy. JNCI Journal of the National Cancer Institute. 2016;108(7):djv439. doi:10.1093/jnci/djv439.

Aby zwiększyć specyficzność chimerycznych limfocytów T, sygnały potrzebne do ich aktywacji zostały od siebie oddzielone (Rys. 1 C). W celu aktywacji limfocytu oba antygeny nowotworowe muszą połączyć się receptorami CAR. Takie rozwiązanie ma zapobiec autoagresji modyfikowanych komórek, aby antygen występujący na normalnej, nienowotworowej komórce nie wzbudzał ich odpowiedzi. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie receptora CAR zdolnego do wywołania pełnej aktywacji limfocytu w towarzystwie iCARa (ang. inhibitory CAR). Funkcje receptora hamującego aktywacje pełnią najczęściej cząsteczki PD-1 lub CTLA-4.

Znaczenie kliniczne

Modyfikowane limfocyty T zostały użyte w celu zwalczenia ostrej i chronicznej białaczki limfoblastycznej, ostrej białaczki szpikowej oraz szpiczaka mnogiego. Próby kliniczne składają się z podobnych etapów. Pierwszym z nich jest aferezja limfocytów T pacjenta, transdukcja genów CAR przy użyciu wektora wirusowego oraz chemioterapia poprzedzająca wprowadzenie limfocytów T z chimerycznych receptorem antygenowym do organizmu pacjenta.

Najlepsze wyniki zostały uzyskane w terapii ostrej białaczki limfoblastycznej u dorosłych i dzieci. Terapia doprowadziła do całkowitej remisji choroby u 90% pacjentów. Taka skuteczność jest ogromną rzadkością, jeśli chodzi o I fazę badań klinicznych w onkologii.

Leczenie nowotworów litych

Zastosowanie CARów w leczeniu guzów litych nie jest równie skuteczne co leczenie nowotworów hematologicznych. Istnieje szereg trudności, które napotykają limfocyty T w drodze do komórek nowotworowych.

Antygeny na komórkach nowotworów hematologicznych są zazwyczaj jednorodne i są eksprymowane na większości lub wszystkich komórkach danego typu nowotworu. W guzach litych brak jest unikalnego antygenu związanego z nowotworem, występują różne antygeny w obrębie tej samej zmiany, jak również różnice w antygenach w przypadku nowotworu pierwotnego i jego przerzutów.

Niewystarczająca penetracja ogniska nowotworowego, ograniczona trwałość CARów w organizmie oraz immunosupresyjne mikrośrodowisko guza silnie hamujące działanie modyfikowanych limfocytów to kolejne z przeszkód do pokonania. Jednak fantastyczne wyniki zastosowania tej terapii w nowotworach hematologicznych dają nie lada nadzieje. Naukowcy intensywnie pracują, aby wykorzystać ogromny potencjał nowej terapii i spełnić oczekiwania pacjentów.

Anna Sokołow, stażystka portalu Biotechnologia.pl