Электронный журнал "Архитектура здоровья"
Категория: Обзоры и лекции

С некоторыми видами онкологических заболеваний на поздних стадиях сегодня

можно успешно бороться с помощью синтетических иммунных клеток

Карл Джун, Брюс Левин, Эвери Пози

                                                                                                                       Перевод: Н.Н. Шафрановская

 

Введение

Онкологам давно известно, что иммунная система может быть неоценимым помощником в борьбе с раком. Самые первые попытки использования ее в этом качестве не были успешными. Как выяснилось, один из ключевых компонентов иммунной системы, Т-клетки, не удавалось стимулировать в достаточной степени, чтобы они могли не только распознавать раковые клетки, но и уничтожать их. В результате иммунная система отправлялась на войну, оснащенная биологическими эквивалентами бумажных самолетиков и трубочек для стрельбы бумажными шариками.

Первые указания на то, что для превращения Т-клеток в настоящих вояк им нужно придать дополнительные силы, появились в 1980-х гг. Вначале иммунологи пытались усилить иммунный ответ следующим образом: они брали Т-клетки пациента, культивировали их в лабораторных условиях и вводили ему же. Некоторым больным это помогало, но, как правило, ненадолго: клетки вскоре утрачивали свои бойцовские качества и переставали действовать.

За решение проблемы взялись несколько исследовательских групп. Стратегия, которую выбрали мы с коллегами, уже доказала свою эффективность в ходе клинических испытаний. Вернемся в далекие 1990-е гг. Тогда двое из нас (Карл Джун и Брюс Левин), работая над средствами борьбы со СПИДом, создали новый метод повышения активности Т-клеток, взятых от пациента, благодаря которому они становились более боеспособными и долгодействующими. Примерно через десять лет появилась возможность генетически модифицировать Т-клетки, чтобы повысить их розыскной потенциал и способность к уничтожению некоторых видов раковых клеток (в частности, лейкозных и лимфомных, которые берут начало от различных видов лейкоцитов).

В течение последних нескольких лет эти синтетические Т-клетки, несущие химерный антигенный рецептор (CAR Т), были многократно протестированы в разных клиниках с участием в совокупности примерно 1 тыс. пациентов на поздних стадиях лейкозов и лимфом. Более половины испытуемых до сих пор живы, а сотни полностью излечились.

Все больше онкологов, как клиницистов, так и исследователей, приходят к мнению, что лечение с помощью CAR-Т-клеток само по себе или в комплексе с другими видами терапии в конечном счете станет надежным способом борьбы с некоторыми видами лейкозов. Следующими шагами будут адаптация подхода к лечению больных с другими видами рака и контроль побочных эффектов терапии, иногда фатальных. Уверенности нам придают успехи, достигнутые в ходе преодоления многих трудностей за последние 20 лет.

 

Подзарядка Т-клеток

Начиная исследования, которые привели нас к созданию CAR Т, мы прежде всего хотели найти способ повышения боеготовности Т-клеток пациента. Чтобы прийти в активное состояние, Г-клетки должны получить сигналы от других иммунных клеток, называемых дендритными. Только в этом случае они могут реализовать весь свой потенциал: начать делиться и высвобождать цитокины — молекулы, которые усиливают иммунный ответ. Через несколько суток активированные Т-клетки и вся иммунная система возвращаются в исходное состояние.

С середины 1990-х гг., занимаясь поисками способов борьбы с ВИЧ, Джун и Левин решили попробовать вмешаться в этот естественный процесс в лабораторных условиях. Мы намеревались выделить некоторое количество Т-клеток из крови пациента с тем, чтобы активировать их, многократно увеличить число делений по сравнению с нормой и ввести всю эту популяцию тому же пациенту — в надежде, что иммунный ответ будет достаточно мощным, чтобы справиться с ВИЧ и теми заболеваниями, которые сопровождают СПИД (конечную стадию ВИЧ-инфекции).

Прежде всего нам нужно было найти подходящий способ активации Т-клеток. В принципе, для этого их можно было бы подвергнуть действию дендритных клеток, тоже выделенных из организма больного, но число и свойства данных клеток значительно варьируют, особенно у ВИЧ-инфицированных и больных раком. Чтобы решить проблему, мы создали искусственные заменители дендритных клеток и в конце концов остановились на крошечных магнитных бусинках, которые покрыли двумя видами специфических белков: полученная конструкция имитировала дендритные клетки и обладала гораздо более высокой по сравнению с ними стимулирующей активностью.

Затем мы выделили Т-клетки из крови пациентов и подзарядили их нашими универсальными стимуляторами. Через пять-десять дней каждая Т-клетка произвела до 100 дочерних клеток. Сегодня наш метод стал одним из наиболее широко применяемых способов наращивания активированных Т-клеток, используемых в самых разных экспериментах и клинической практике.

 

Перестройка Т-клеток

Иммунная система в своем ответе на появление в организме человека раковых клеток сталкивается с двумя вызовами. Во-первых, последние возникают из собственных клеток человека. А поскольку наша иммунная система устроена так, что она реагирует только на чужое, ей бывает трудно разграничить нормальные клетки и клетки, претерпевшие раковую трансформацию. Во-вторых, многие раковые клетки используют различные трюки, позволяющие им уйти от иммунного ответа и даже переманить иммунную систему на свою сторону.

Как один из способов предотвращения нежелательного обстрела здоровых тканей Т-клетки проверяют раковые клетки на наличие на их поверхности двух специфических структур и «открывают огонь» только выяснив, что они есть. Первая структура представляет собой крупный белковый комплекс под названием МНС, который содержит специфический белковый фрагмент — антиген, предъявляемый Т-клеткам дендритными клетками. Вторая структура, костимулятор, участвует в передаче сигнала, который призывает Т-клетку к атаке. Если какая-либо из этих структур отсутствует, Т-клетка остается безучастной. Таким образом, у раковой клетки есть, по крайней мере, два способа ввести иммунную систему в заблуждение: перестать вырабатывать МНС или предъявлять такую разновидность костимулятора, которая действует на Т-клетку как выключатель.

Но что если попробовать генетически модифицировать Т-клетку так, чтобы она ориентировалась на другие антигены (скажем, на присутствующие в большом количестве поверхностные молекулы, отличные от дендритного антигена и не обязательно входящие в состав МНС), а кроме того начинала действовать, не проходя двухступенчатый процесс активации? Это стало возможно с появлением CAR-Т- технологии.

 

Идея заключалась в оснащении Т-клетки генами, которые кодировали бы синтетическую молекулу (CAR), выполняющую сразу две функции: распознавание целевого антигена и активацию Т-клетки даже в отсутствие обычного сигнала. Для реализации этой идеи нужно было объединить сегменты специализированных белков — антител с другими белками, о которых известно, что они стимулируют Т-клетки. Более конкретно — мы сконструировали антителоподобную часть CAR, которая чуть-чуть выступала из поверхностной мембраны клетки и могла связывать целевой антиген и остальную его часть, пронизывавшую мембрану Т-клетки и генерировавшую специфические сигналы, под влиянием которых Т-клетка активировалась немедленно после связывания с антигеном.

Концепция отслеживания онкоспецифичных антигенов, конечно, не нова. Еще в 1990-х гг. пациентов пытались лечить с помощью моноклональных антител, которые выискивали специфические белки, находящиеся в основном на поверхности различных раковых клеток. Но продолжительность жизни таких антител в теле человека не превышала нескольких недель, и только будучи встроенными в Т-клетки, они жили столько же, сколько их новые хозяева, то есть несколько лет.

Но как заставить Т-клетки вырабатывать конкретные молекулы, активирующие антитела? Мы решили взять на вооружение хорошо известное свойство ВИЧ проникать в Т-клетки, но заменить гены, которые обусловливают инфекционность вируса, генами, опосредующими образование активирующей антитело химеры. Эти генетически модифицированные вирусные частицы по-прежнему заражали Т-клетки, но теперь не причиняли им никакого вреда. Подобно троянскому коню, они заключали в себе «воинов» — CAR-гены, продукты которых размещались на клеточной поверхности. Используя этот и другие подходы, разные исследовательские группы, в том числе и наша, добились того, что Т-клетки атаковали раковые клетки сразу после распознавания какого-то одного белка на их поверхности (не нужны были ни МПС, ни костимулирующие лиганды). Более того: такая «сделанная на заказ» Т-клетка могла распознавать любой антиген — или даже группу антигенов — по выбору исследователя.

В середине 1990-х — начале 2000-х гг. мы в сотрудничестве с другими коллегами научились превращать Т-клетки ВИЧ-инфицированного пациента в CAR-Т-клетки и провели соответствующие клинические испытания. Мы продолжаем совершенствовать нашу методику, надеясь добиться серьезных успехов в борьбе с ВИЧ в ближайшие несколько лет.

Сегодня CAR-Т-клетки проходят испытания на способность уничтожать раковые клетки. Мы используем комбинированную технологию, объединив все, что стало известно об активации Т-клеток с помощью микробусинок, с CAR-модифицированными Т-клетками и неинфекционными частицами ВИЧ.

Очень скоро нам стало ясно, каким мощным оружием могут быть CAR-Т-клетки.

 

Испытание новой конструкции

Итак, теперь у нас было нужное оружие и. как мы полагали, нужная мишень. Оптимальным маяком для CAR-Т-клеток был бы антиген, присущий исключительно раковым клеткам, но такие антигены крайне редки. Поскольку все раковые клетки берут начало от нормальных клеток, и те и другие несут одинаковые антигены, и если CAR Т-клетки будут нацелены на них, то вместе с раковыми погибнет и множество нормальных клеток.

Из такого затруднительного положения, к счастью, есть выход. Некоторые лейкозные и лимфомные клетки происходят от группы лейкоцитов — так называемых В-клеток. В норме последние вырабатывают антитела, но если пациент получает их в достаточном количестве путем инфузии, он может жить без В-клеток. В-клетки и любые происходящие от них малигнизированные варианты несут на своей поверхности белок CD19. Мы, как и многие наши коллеги, считаем, что он представляет собой идеальную мишень для CAR-Т-клеток, поскольку его нет ни в одной другой здоровой ткани.

Сначала мы проверили CAR-T-клетки на способность распознавать белок CD19 в опытах на мышах, а в 2010 г. провели клинические испытания. Первые три отобранных нами пациента страдали хроническим лимфолейкозом, не реагирующим ни на какие виды терапии.

Один из них, Уильям Людвиг, военный пенсионер, узнал о своем диагнозе десять лет назад, и по всему его телу было рассредоточено огромное количество лейкозных клеток. В августе 2010 г. ему ввели 1 млрд генетически модифицированных CAR-Т-клеток, полученных на основе его собственных Т-клеток. Через десять дней у пациента поднялась температура, упало артериальное давление и возникли проблемы с дыханием — серьезные побочные эффекты, заставившие врачей поместить больного в блок интенсивной терапии. Позже мы выяснили, что такие симптомы возникли потому, что иммунная система отреагировала слишком бурно на цитокины, которые в огромном количестве циркулировали по всему телу и могли привести к гибели больного.

К счастью, для Людвига все кончилось благополучно, и через три месяца в его теле не обнаруживалось никаких следов лейкозных В-клеток. Такой исход был настолько экстраординарным и неожиданным, что лечащие врачи провели повторную биопсию. Все подтвердилось. Затем мы пролечили двух других пациентов — с тем же успехом. Прошло шесть лет: Людвиг и еще один наш пациент живы и никакого лейкоза у них нет. Последующее тестирование показало, что CAR-T-клетки размножились в крови и костном мозге: каждая инфузированная клетка (или ее дочерние клетки) у этих трех пациентов были ответственны за уничтожение от 1 тыс. до 93 тыс. раковых клеток. CAR-T-клетки, выделенные из проб крови, еще в течение месяца сохраняли активность в отношении лейкозных клеток, несущих молекулы CD19. Фактически это были бессменные часовые, готовые предотвратить любой рецидив.

 

Расширение репертуара

В то время когда мы получили первые положительные результаты на трех пациентах, у нас не было финансовых возможностей провести полноценные клинические испытания. Федеральные агентства сочли терапию слишком рискованной, и в поддержке нам было отказано. Тем не менее мы представили на суд научной общественности две статьи с описанием своих экспериментов; они были немедленно (в августе 2011 г.) опубликованы в двух журналах — New England Journal of Medicine и Science Translational Medicine. Тут же появилась масса откликов и запросов в адрес Пенсильванского университета, где мы тогда работали, от биотехнологических компаний, заинтересованных в лицензировании технологии.

И, наконец, мы получили грант, который позволил начать в 2012 г. клинические испытания — на этот раз на детях. Затем мы заключили соглашение между Пенсильванским университетом и фирмой Novartis о финансировании дальнейших исследований и предоставлении результатов в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). чтобы получить разрешение на коммерческую деятельность. Известие о партнерстве привело к лицензионному и инвестиционному буму. Множество медицинских центров по всему миру создавали биотехнологические компании для разработки новых вариантов СУШ-Т-клсток. По данным наших последних испытаний с участием детей, выживаемость спустя 12 месяцев после терапии составила 62%, в то время как при обычной схеме она не превышает всего 10%.

За последние несколько лет появилось множество сообщений от разных исследовательских групп об удивительных успехах в борьбе с лейкозами и лимфомами на поздних стадиях. Что касается нашего центра, то мы пролечили 300 больных с использованием CAR-Т-клеток. Результативность терапии сильно зависит от типа заболевания: примерно у половины наших пациентов с хроническим лимфолейкозом наступило явное улучшение (в частности, уменьшилось количество лейкозных клеток), а 90% детей с острым лимфобластным лейкозом полностью излечились спустя всего месяц после начала терапии — в их теле не обнаруживалось никаких следов раковых клеток.

Почему CART-терапия не помогает всем, у кого раковые клетки несут белок CD19.— неясно. Есть предположение, что инфузированные CAR-Т-клетки по какой-то причине не делятся или лейкозные клетки видоизменяются так, что перестают вырабатываться CD19. Даже имея все это в виду, следует признать, что в общем иммунная реакция на упомянутые разновидности лейкоза беспрецедентна. В этом году сразу две компании собираются обратиться в FDA с запросом об одобрении CAR T-терапии. Novartis намеревается получить разрешение на применение своего продукта для лечения детей, страдающих острым лимфолейкозом и лимфомой на поздней стадии, a Kile Pharma— больных одной из форм лимфомы.

Впереди у нас еще много работы. Нам предстоит найти способы устранения серьезных побочных эффектов. Несмотря на то что смертность среди наших пациентов невелика, несколько больных с острым лимфолейкозом все же умерли от осложнений, связанных с терапией. Возможно, они были изначально не совсем здоровы, а может быть причиной были отклонения в дизайне CAR-Т-клеток от стандарта.

Сейчас мы находимся на стадии ModelT разработки CAR-T-технологии. Наш приоритет — расширение сферы ее применения для лечения больных с В-клеточным раком и другими онкологическими заболеваниями; в течение ближайших нескольких лет мы намереваемся испытать ряд научных и технических разработок. Чтобы бороться с раком, отличным от В-клеточного, скорее всего, понадобится идентифицировать некие комбинации антигенов, которые встречаются у раковых клеток чаще, чем у нормальных. Один из нас (Эвери Пози) работает над созданием иммунологического метода борьбы с раком молочной и поджелудочной желез. Эти и другие, так называемые солидные опухоли, еще успешнее уходят от иммунного ответа и подавляют иммунную систему, чем лейкозные и лимфомные клетки, — последние циркулируют в крови и их легче обнаружить. «Выкурить» раковые клетки-невидимки Пози надеется с помощью CAR-Т-клеток, у которых не одна мишень, а две: первая — некая молекула сахара, которая находится на поверхности только раковых клеток и способствует их делению с большей скоростью, чем это делают нормальные клетки: вторая мишень — белок, имеющийся как у раковых, так и у здоровых клеток. Теоретически такая специфическая комбинация «сахар/белок» встречается в большом количестве только у раковых клеток, что снижает вероятность поражения нормальных тканей.

Успех в научной работе редко идет по нарастающей. Неудачи, неверные гипотезы, разного рода препятствия неизбежны. Но у нас нет и тени сомнения в том, что успех, который достигнут влечении больных лейкозом и лимфомой на поздних стадиях, будет способствовать дальнейшим исследованиям в области CAR-Т-технологии.

 

Дополнительные источники:

1.  Джун К., Левин Б. ВИЧ в тисках «цинковых пальцев* // ВМН. № 5. 2012.

2.  Fire with Fire. Video on CART therapies. Directed by Ross Kauffman. Red Light Films. 2013. www.youtube.com/watch?v=h6SzI2ZfPd4

3.  Adoptive Immunotherapy for Cancer or Viruses. Marcela V. Maus et al. in Annual Review of Immunology. Vol. 32, pages 189-225: 2014.

4.  Chimeric Antigen Receptor T Cells for Sustained Remissions in Leukemia. S.L. Maude et al. in New England Journal of Medicine. Vol. 371. No. 16. pages 1507-1517: October 16. 2014.

5.  ВидеороликоCAR-T-терапиисм. поадресу: ScientificAmeri- can.com/mar2017/cart

 

Источник: научно-информационный журнал «В мире науки», 05/06  2017 г.

Чтобы оставить комментарий, Вам необходимо авторизоваться (либо зарегистрироваться)

Комментарии

  • Комментариев пока нет