Меню Затваряне
📑  Статии

Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания

Т-клетките с химерен антигенен рецептор представляват имунни клетки, които са генетично модифицирани да експресират синтетичен рецептор. Химерните антигенни рецептори (CARs) са протеини, насочващи Т-клетките към специфичен антиген. Наричат се химерни, тъй като комбинират както антиген-свързващи, така и Т-клетъчнo-активиращи функции.

Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания MedGuide.bg Медицинският пътеводител 📑  Статии
Copyright UT Southwestern Medical Center

Модифицираните клетки се впрягат в борбата с различни неопластични заболявания. Терапията се състои в изолиране на Т-клетки от пациента (левкофереза), in vitro модифициране, намножаване, качествен контрол и инфузия обратно в пациента, който преди това обичайно се подлага на ниски дози химиотерапия. Химерният антигенен рецептор таргетира антиген, който е широко експресиран по повърхността на тумора, без да намира място в мембранната структура на здрави клетки. Така раковите клетки се разпознават с висока специфичност и се унищожават.

Разработка и структура

Химерния антигенен рецептор (CAR) се състои от четири компонента – два извънклетъчни, един трансмембранен и един вътреклетъчен (Фигура 1). Извънклетъчните са scFv фрагмента за разпознаване на тумор-асоциирани антигени и пространствения домен. Обикновено scFv произлиза от вариабилния сегмент на моноклонални антитела. Трансмембранният домен служи като котва, придържаща рецептора към клетъчната мембрана. Вътреклетъчният пък се състои от ко-стимулаторна молекула и CD3ζ верига. Има отношение към задействане на интрацелуларната каскада [1].

Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания MedGuide.bg Медицинският пътеводител 📑  Статии
Фигура 1. Опростена схема на CAR

Производството на описания рецептор става възможно благодарение на напредъка в генното инженерство.

В момента най-често използваният подход за инкорпориране на гени в T-клетките е с γ-ретровирусен или лентивирусен вектор, въпреки че доста недостатъци се свързват с този подход [2]. Друг метод използва т.нар. транспозон/транспозазна система, при която посредством електропорация се прехвърлят плазмиди в клетката и се осъществява ензимна интеграция на определена нуклеотидна последователност в клетъчния геном. В сравнение с вирусните вектори, този подход е по-безопасен. Освен това може да облекчи производствения процес и съответно да намали разходите. Недостатъкът обаче е сериозно нарушената клетъчна жизнеспособност,поради фактът, че електропорацията и екзогенните плазмиди могат да задействат клетъчната апоптоза [2].

Промяната в клетъчният геном и експресия не е обаче единственият проблем. Срещат се и други препятствия, част от които са ниската преживяемост на клетките и ниската им специфичност спрямо туморите. За да разработят оптимални химерни рецептори, учените създават няколко поколения като непрекъснато изследват взаимодействията и подобряват структурата им. Основно промени търпят вътреклетъчните сигнални домени. Антитуморната активност на първото поколение CAR-T клетки е ограничена in vivo, а намалената им пролиферация в крайна сметка води до тяхната апоптоза [3]. Второто поколение химерни рецептори притежава допълнителен костимулаторен сигнал, което ги стабилизира. Често използваната костимулираща молекула е CD28 или 4-1BB рецептор (CD137). Проучванията показват, че клетките с CD28 проявяват подобрена антитуморна активност, а предимството на 4-1BB е да удължи оцеляването на Т клетките и да поддържа противораковите им ефекти [5]. И двата типа рецептори от второ поколение превъзхождат значително тези от първо. Въпреки това обаче, за да подобрят допълнително характеристиките им, много изследователски колективи се фокусират върху разработката на следващо поколение. Когато това вече е факт, през 2008-ма година, Wilkie et al. доказват, че няма значителна разлика в антитуморната активност между клетките от второ и трето поколение, като последните единствено произвеждат повече IFN-γ и IL-17. [6].

Последните години се разработи и четвърто поколение клетки, което имайки предимствата на предните, ги превъзхожда с наличието на допълнително прикачен ко-стимулатор. Те са по-мощни и с по-голямо молекулно тегло, както подсказва и абревиатурата им – TRUCKs (T cells redirected for universal cytokine-mediated killing). Въоръжени са с цитокини, които благоприятстват клетъчната експанзия и освен това им придават резистентност в “негостоприемната” имуносупресивна среда на тумора.

Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания MedGuide.bg Медицинският пътеводител 📑  Статии
Фигура 2. Четирите поколения рецептори

Път на пациентите

Лечението се свежда до пет основни стъпки (Фигура 3.), три от които се случват в клиниката (синята фаза), а две в лабораторни условия (оранжевата фаза).
Терапията е предхождана от обективно оценяване състоянието на пациента. Той бива подложен на серия от изследвания, за да се установи дали е подходящ за терапията, която се обобщава в следните фази:

Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания MedGuide.bg Медицинският пътеводител 📑  Статии
Фигура 3. Фази на терапията
Copyright Novartis
  1. Левкофереза: Т-клетките се извличат. Могат да бъдат изолирани или от собствената кръв на пациента (автоложни), или от здрав донор (алогенни). След като се селектират, останалите кръвни компоненти се вливат обратно. Процедурата се извършва за един ден в специализирана клиника.
  2. Модифициране: Т клетките се изпращат в лаборатория, където посредством трансдукция с вирусен вектор или транспозон-транспозазна система се преработват така, че да експресират желан химерен рецептор [7].
  3. Клонална експанзия: Генетично модифицираните Т-клетки се намножават в специфична среда. Процесът на генна модификация и „отглеждане“ на достатъчни количества CAR Т-клетки може да отнеме няколко седмици. Те се подлагат на качествен контрол, след което се замразяват и изпращат в болницата, където се лекува пациентът.
  4. Кондиционираща химиотерапия: Преди инфузията на Т-клетките, пациентите получават ниски дози химиотерапевтици. Така се постига т.нар. „лимфоизчерпване“, което създава подходяща среда за развитието на новоинфузираните клетки. Доказано е, че химиотерапията подобрява in vivo експанзията, удължава преживяемостта и усилва активността на CAR Т-клетките. [8] [9] [10].
  5. Инфузия: Най-сетне се преминава към дългоочаквания момент на инфузия на противораковия „коктейл“. След него пациентите трябва да останат в болницата за няколко дни или дори за няколко седмици, в зависимост от състоянието им, понеже, както всеки коктейл, и този крие своите рискове.
Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания MedGuide.bg Медицинският пътеводител 📑  Статии
Фигура 4. Клиничен ход

Проследяването след манипулацията продължава месеци. Пациентите, получили терапията, са под строг надзор приблизително 2 до 3 месеца. През този период биват амбулаторно оценявани ефектите от лечението, зорко се следи за странични реакции и токсичности. Не е рядкост да се налага повторна хоспитализация за овладяване на странични ефекти.

Клиничният развой на събитията е описан най-общо във Фигура 3. Откроява се ясен прозорец на поява на асоциираните с лечението странични ефекти. Най-голямата честота корелира с пиковата концентрация на химерните Т-клетки в плазмата [11] [12].

Клинична успеваемост

Само през последната година са проведени повече от 200 клинични проучвания в световен мащаб, което прави общия брой на изследванията в областта вече над 500. Болшинството от тях (над 80%) понастоящем се провеждат в САЩ и Китай.

Хематологични неоплазии

При лечението на хематологични малигнени заболявания, терапията жъне забележителни успехи. CAR-T клетките срещу CD19 показват интригуваща ефективност в редица клинични проучвания. Най-често таргетираната молекула е CD19. Фактът, че експресията ѝ е ограничена само по повърхността на Б-клетки и че селективното изчерпване на Б-клетки се толерира сравнително добре от пациентите, я прави почти идеална целева молекула за терапията [18] [38].

Резултатите в борбата с рецидивираща Б-клетъчна остра лимфобластна левкемия (B-ALL), неходжкинов лимфом (B-NHL) и хронична лимфоцитна левкемия (CLL) са обнадеждаващи при педиатрични и възрастни пациенти. [19].

Острата лимфоидна левкемия е заболяване, което последните години доби значително по-добра прогноза. Въпреки това около 1/5 от пациентите страдат от т.нар. рефрактерна форма, която е резистентна на лечение и рецидивира. При тях преживяемостта варира между 30-50% за период от 5 години. През 2017 година FDA одобрява първия CAR препарат за лечение на ALL – Tisagenlecleucel. Той има успеваемост на ремисия 81% след три месеца при остра В-клетъчна левкемия (B-ALL) [20]. Няколко месеца по-късно бива одобрено и второ такова лекарство – Аxicabtagene ciloleucel. Според последни доклади то е сигурен и контролируем медикамент в дългосрочен план. След двугодишно проследяване на 101 пациенти, лекувани от рефрактерен дифузен едроклетъчен В-лимфом (най-често срещания NHL сред възрастни), 81% от пациентите се повлияват, а 54% влизат в пълна ремисия. На втората година общият процент на преживяемост бил 52%. Освен това, 80% от пациентите в ремисия са я поддържали до края на периода на проследяване. По отношение на страничните ефекти около 11% развиват остър цитокинов синдром, а 28% невротоксичност с клинична значимост, които обаче са били контролируеми и не са имали фатални последствия [21]. Терапията показва добри резултати също така при фоликуларен и при мантелен Б-клетъчен лимфом [7].

Една година по-късно двата медикамента биват одобрени и от EMA.

Солидни тумори

Въпреки големия успех на терапията при различни хематологични малигнености, до момента резултатите при солидни тумори не са толкова обнадеждаващи. Целта е в най-кратък срок положителните резултати да бъдат прехвърлени и в тази област. Едни от основните ограничения са слабата пенетрация и пролиферация, честите странични ефекти и бързо развиващата се резистентност от страна на тумора. Тези проблеми са продиктувани от имуносупресивната туморна микросреда, невисоката специфичност на химерните рецептори спрямо туморните антигени и генетичната и фенотипна хетерогенност, осигуряващи гъвкавост на тумора и измъкването му от „радара“ на Т-клетките. Въпреки това, има единични съобщения за положителни резултати, даващи надежда за бъдещи успехи [22] [23] [24] [40].

Токсичност и странични ефекти

Постигнат е значителен напредък в областта на онкотерапията. CAR T-клетките показват изключителна ефективност в различни клинични проучвания. Обаче като всяко нещо, създадено от човек, и тази терапия не е съвършена. Асоциира се с остри и хронични токсичности, които създават сериозни пречки пред клиницистите. Три са основно описваните (Фигура 2):

Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания MedGuide.bg Медицинският пътеводител 📑  Статии
Фигура 5. Странични ефекти

Синдром на освобождаване на цитокини (CRS)

Това е най-често срещаният страничен ефект при CAR T-клетъчната терапия. CRS е системен възпалителен отговор, причинен от високите нива на цитокини, придружени от бързото in vivo активиране и пролиферация на T-клетки, обикновено възникващо в рамките на няколко дни след първото вливане [4]. Симптомокомплексът включва различни по тежест клинични прояви.

Леките форми протичат с треска, умора, главоболие, обрив, болки в ставите и миалгия. Обичайно се самоограничават и могат да се овладеят с наблюдение и поддържащи грижи. Тежките случаи пък се характеризират с тахикардия, хипотензия и висока температура, като могат да завършат летално, ако не бъдат третирани навреме. При тях трябва да се проведе интензивно лечение в комбинация с tocilizumab (анти-IL-6 моноклонално антитяло) или кортикостероиди.

Въпреки, че патогенезата не е напълно изяснена, неотдавнашни изследвания разкриват някои от основните механизми на CAR-индуцираната CRS. След като scFv фрагмента на CAR T-клетката се свърже с целевия антиген, химерната Т-клетка започва да пролиферира и да отделя голямо количество цитокини като IL-6, IL-10, TNF-α и IFN-γ за кратко време [13] [14]. Освободените цитокини активират имунни (макрофаги и Т-клетки), както и неимунни клетки (напр. епителни), за да се освободят още по-големи количества цитокини [12] [15]. Ключова роля в патогенезата играят IL-6, IL-1, TNF-α и IFN-γ. Клинично състоянието се повлиява от кортикостероиди. При стероидно-рефрактерни форми FDA одобрява употребата на tocilizumab.

Неврологична токсичност

Често се среща при CD19-насочена терапия, но причината за това остава неясна до момента. Няколко изследователски групи съобщават за разнообразна неврологична симптоматика, която понякога може да се саморазреши. Включва парализа, нарушения на речта, нарушения в движението и припадъци. В някои случаи след интравенозно приложение, CAR T-клетките се наблюдават в цереброспиналната течност, което демонстрира, че могат да преминават кръвно- мозъчната бариера и евентуално да упражняват директна токсичност. Друг възможен механизъм се явява локалното действие на възпалителните цитокини, водещо до ендотелни увреди и предизвикващо синдром на свързана с CAR-T енцефалопатия (CRES). Тази хипотеза се потвърждава от фактът, че появата на неврологична токсичност се асоциира с преждевременни пикови концентрации на цитокини като TNF-α, IL-6 и IFN-γ. Високите нива на тези цитокини активират ендотелните клетки, повишават нивата на ангиопоетин-2 и фактора на фон Вилебранд, което води до повишена пропускливост на кръвно-мозъчната бариера [11] [16]. Тук tocilizumab не повлиява симптоматиката, което по всяка вероятност се дължи на невъзможността да преминава хематоенцефалната бариера [11]. Алтернатива биват кортикостероидите.

Странична токсичност

Целевите антигени при терапията могат да бъдат експресирани и в клетки на нормални тъкани. Така въведените интравенозно CAR T-клетки могат да бъдат агресивни спрямо здрави тъкани и органи, което още се нарича “он-таргет оф-тумор” действие. Описва се и „оф-таргет“ действие, при което по неизяснени причини, Т-клетките се активират и атакуват здрави тъкани, нямащи антигенни сходства с тумора [17].

Насоки за бъдещо развитие

Незадоволителните успехи при солидните неоплазми и все още нередките рецидиви при хематологичните, тласкат науката към усъвършенстване на терапията. Усилията са насочени към:

  • Подобряване на клиничните резултати.
  • Ограничаване на страничните ефекти, при запазване на терапевтична ефективност.
  • Заобикаляне на туморната резистентност.

Към момента се селектират основно антигени, които са свръхекспресирани в тумори. Те присъстват обаче и в нормални тъкани, което обуславя по-голяма честота на страничните реакции. При солидните тумори едни от най-предпочитаните прицелни антигени са HER2, GD2, PSCA, PSMA, CEA. Мултицентърно китайско проучване използва GD2 CAR T-клетки при 34 деца с високорисков невробластом. При 34% от пациентите се съобщава за стабилизиране на заболяването, при 15% повлияването е частично, докато при две от децата се наблюдава подчертана регресия на тумора [40]. HER2 е друг нерядко подбиран протеин. Той е амплифициран не само при рак на гърдата, но и при стомашен, овариален, белодробен карцином, както и при някои педиатрични тумори [25]. Две скорошни проучвания докладват относителна безопасност и добра клинична активност на второ поколение HER2-CAR Т-клетки при пациенти с напреднал сарком и при такива с глиобластом [22] [23].

Все пак транзицията към таргетиране на антигени, уникални само за туморите би била логичната стъпка за в бъдеще. Намирането на такива прицелни туморни антигени, от една страна би осигурило по-добри клинични резултати, а от друга- по-малко странична токсичност. Добър пример за това е вариант III на EGFR рецептора, представляващ често срещано онкогенно пренареждане при глиобластом, белязано от заличаване на екзони 2–7 от EGFR. Този вариант на рецептора не се среща никъде другаде в ЦНС и поради тази причина представлява примамлива терапевтична цел. Наскоро бе проведено клинично изпитване на EGFRvIII CAR Т-клетки върху група от девет души, което не съобщава за никакви странични реакции [26].

Друг опит в посока на подобряване на клиничните резултати и намаляване на страничните реакции при солидните неоплазии е разработката на нови начини на въвеждане. Очевидно проникването на Т-клетките в твърда тъкан е по-трудоемко. Много опити са насочени към локално приложение, като по този начин се избягват недостатъците на системното, а и се подобрява пенетрацията им. Има няколко примера за местно доставяне на CAR T-клетки, които са във фаза 1 на клинично изпитване. Интраперитонеалното инжектиране при мишки с овариален рак и с перитонеална карциноматоза значително превъзхождат системното приложение [27] [28].

Интравентрикулното приложение на CAR Т клетки, насочени срещу HER2, при мозъчни метастази от рак на гърдата и при глиобластом също показва добри резултати [29] [30]. А наистина впечатляващ пример в тази насока дава случай от 2016г. на интравентрикулна терапия с IL13Ra2-CAR Т-клетки при пациент с малигнен глиобластом. При него се наблюдава пълен регрес на тумора без значителни нежелани реакции [24].

Потенциална възможност за преодоляване на токсичността, асоциирана с терапията, е прилагането на генетични модификации на клетъчно ниво, които при нужда позволяват селективното „изчерпване“ на химерните клетки чрез апоптоза или насочена цитотоксичност. Апоптозата на клетките може да бъде медиирана посредством индуциране експресията на препрограмирани ендогенни молекули, като например FAS или каспаза 9 [31].

Химерни антигенни рецептори (CAR) T-клетъчна терапия в лечението на онкологични заболявания MedGuide.bg Медицинският пътеводител 📑  Статии
Фигура 6. Апоптотични механизми

Ко-експресията на специфични белтъци, маркиращи клетките пък, позволява целевото им унищожаване чрез моноклонални антитела като Rituximab [32]. Важно да се отбележи е, че тези механизми за предизвикване на клетъчна смърт предпазват от странични ефекти, но и същевременно водят до загуба на всякаква терапевтична стойност и могат потенциално да доведат до прогрес на заболяването. Затова остават като резерв в крайни случаи.

Понастоящем имуносупресивната микросреда на твърдите тумори и тяхната хетерогенност създават сериозни спънки за терапията. В крайна сметка продължителната монотерапия резултира в резистентни на лечение рецидиви. Те се срещат както при солидни, така и при хематологични неоплазми и най-често се дължат на понижена експресия или загуба на таргетния антиген [33]. Добра стратегия за избягването им са т.нар. мултитаргетни CAR Т-клетки. За целта могат да се използват два отделни CAR конструкта или върху един такъв да се интегрират два scFv фрагмента, специфични за различни антигени. При рефрактерен ALL обещаваща комбинация е CD19 със CD22. Тандемът HER2 и IL13Ra2 пък показва добри резултати в предклинични изследвания върху малигнен глиобластом [34].

Някои колективи се опитват да комбинират CAR-T клетки с други терапии. Скорошни доклади сочат, че едновременната употреба на CAR-T клетки с химиотерапия подобрява разпознаването на туморните антигени, а така и преживяването на Т-клетките [35] [10]. Weiss и сътрудници показват, че комбинацията с лъчетерапия пък може да подобри предвижването и инфилтрацията в тумора, както и да подобри свързването с антигена [36]. Друг интересен и много обещаващ подход е комбинацията с т.нар. „checkpoint инхибитори“. Такива са PD-1 блокерите ко-медикацията, с които се очаква в бъдеще значително да намали терапевтичната резистентност и да подобри резултатите [37].

Заключение

Зародила се като идея едва преди две десетилетия, днес CAR Т-клетъчната терапия представлява глътка свеж въздух в онкохематологията. Успехите в тази област, освен че дават надежда на много пациенти, проправят и пътя за по-широко клинично приложение. Развитието на технологиите, в съчетание с нарастващия интерес от страна на различни фармацевтични компании, най-вероятно ще доведе до голям напредък в терапията. Тогава внедряването в ежедневната практика на универсални CAR Т-клетки, генерирани от здрави донори, би изглеждало като една не толкова далечна и имагинерна цел. Преди това да се случи обаче се налага да се изяснят някои въпроси, да се подобри профилът на безопасност и да се улесни и усъвършенства технологията на приготвяне, така че да бъде икономически по-целесъобразна.

Това е едва началото на едно дълго пътуване, което може би ще доближи медицината до голям пробив. На този етап има множество неизвестни. Едно обаче е сигурно – бъдещето вещае много и нелеки предизвикателства, но и дава обещание за революция в схващанията ни за неопластичните процеси, и в справянето ни с тях.

Източници на следващата страница.

Print Friendly, PDF & Email

Оценете:

Средно: 5 / 5. Оценки: 10

Все още няма оценка.

Коментирайте

Подобни публикации

Регистрирайте се в

Медицинският пътеводител - MedGuide.bg

blank

За работещи и учещи в сферата на здравеопазването.

Напълно безплатно!