Ανοσοκύτταρα μετατρέπονται σε «κυνηγούς» του καρκίνου μέσα στο σώμα με νέα τεχνική του MIT

Ερευνητές του MIT ανέπτυξαν μια τεχνική που επιτρέπει να μετατρέπονται ανοσοκύτταρα σε κύτταρα που καταπολεμούν τον καρκίνο απευθείας μέσα στο σώμα. Η προσέγγιση θα μπορούσε να κάνει ευκολότερη την παραγωγή και τη χορήγηση προηγμένων θεραπειών για τον καρκίνο και τα αυτοάνοσα νοσήματα.

Η μέθοδος επικεντρώνεται στα φυσικά φονικά κύτταρα (NK), έναν τύπο ανοσοκυττάρων που μπορεί να τροποποιηθεί ώστε να αναγνωρίζει και να καταστρέφει επιβλαβή κύτταρα. Σε αυτά περιλαμβάνονται καρκινικά Τ κύτταρα, καθώς και Τ κύτταρα που επιτίθενται λανθασμένα σε υγιείς ιστούς και συμβάλλουν σε παθήσεις όπως το λέμφωμα και η αυτοάνοση ηπατίτιδα.

Αντί να αφαιρούν ανοσοκύτταρα από τον ασθενή και να τα τροποποιούν σε εργαστήριο, οι ερευνητές χρησιμοποιούν μικροσκοπικά σωματίδια από λιπιδικά μόρια για να μεταφέρουν γενετικές οδηγίες απευθείας στα NK κύτταρα. Οι οδηγίες μεταφέρονται μέσω αγγελιαφόρου RNA (mRNA) και καθοδηγούν τα κύτταρα να παράγουν ειδικές πρωτεΐνες, οι οποίες τα βοηθούν να εντοπίζουν και να εξαλείφουν τα νοσούντα Τ κύτταρα.

Τα κύτταρα που προκύπτουν, γνωστά ως CAR NK, θα μπορούσαν στο μέλλον να αξιοποιηθούν για την αντιμετώπιση διαφορετικών ασθενειών. Εφόσον η τροποποίησή τους γίνεται μέσα στο σώμα, η νέα προσέγγιση θα μπορούσε να περιορίσει σημαντικά τον χρόνο, το κόστος και την πολυπλοκότητα που συνεπάγεται η παραγωγή εξατομικευμένων ανοσοκυτταρικών θεραπειών.

«Οι δυσκολίες στην παραγωγή CAR NK κυττάρων είναι σημαντικές. Η ιδέα είναι να χορηγείται ένα νανοσωματίδιο που θα τροποποιεί τα NK κύτταρα του ίδιου του ασθενούς με μια κατασκευή CAR και θα τα εκπαιδεύει να επιτίθενται στα καρκινικά κύτταρα», λέει ο Daniel Anderson, καθηγητής στο Τμήμα Χημικής Μηχανικής του MIT και μέλος του Koch Institute for Integrative Cancer Research και του Institute for Medical Engineering and Science του MIT.

Ο Anderson είναι ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε στο Nature Biotechnology. Πρώτοι συγγραφείς είναι ο μεταδιδακτορικός ερευνητής του MIT Yuang Chen και οι μεταπτυχιακοί φοιτητές Julia Monkovic και Haseeb Mughal. Στη μελέτη συνέβαλε επίσης ο Robert Langer, καθηγητής David H. Koch Institute του MIT.

Γιατί οι σημερινές ανοσοθεραπείες για τον καρκίνο είναι σύνθετες

Η τροποποίηση ανοσοκυττάρων έχει ήδη διευρύνει τις θεραπευτικές επιλογές για ορισμένους καρκίνους. Την τελευταία δεκαετία, ο Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) ενέκρινε επτά αντικαρκινικές θεραπείες που χρησιμοποιούν γενετικά τροποποιημένα Τ κύτταρα, γνωστά ως Τ κύτταρα με χιμαιρικό υποδοχέα αντιγόνου (CAR T).

Οι θεραπείες αυτές εξοπλίζουν τα Τ κύτταρα με ειδικά σχεδιασμένους υποδοχείς, οι οποίοι αναγνωρίζουν συγκεκριμένους δείκτες ή αντιγόνα σε άλλα κύτταρα. Όταν ένα τροποποιημένο Τ κύτταρο συναντήσει τον στόχο του, όπως μια πρωτεΐνη που σχετίζεται με τον καρκίνο, ενεργοποιείται και επιτίθεται στο κύτταρο που φέρει αυτόν τον δείκτη.

Οι θεραπείες CAR T έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα αποτελεσματικές σε καρκίνους του αίματος που προέρχονται από Β κύτταρα. Σε αυτούς περιλαμβάνονται ορισμένες μορφές λευχαιμίας και λεμφώματος, καθώς και το πολλαπλό μυέλωμα.

Ωστόσο, η προετοιμασία αυτών των θεραπειών περιλαμβάνει αρκετά σύνθετα στάδια. Αρχικά, οι γιατροί συλλέγουν αίμα από τον ασθενή και το στέλνουν σε εξειδικευμένη μονάδα. Εκεί, οι τεχνικοί απομονώνουν τα Τ κύτταρα, τα τροποποιούν γενετικά ώστε να παράγουν τους επιθυμητούς υποδοχείς και καλλιεργούν αρκετά τροποποιημένα κύτταρα για τη θεραπεία. Στη συνέχεια, τα κύτταρα μεταφέρονται πίσω στο νοσοκομείο και χορηγούνται με έγχυση στον ασθενή.

Τα φυσικά φονικά κύτταρα προσφέρουν διαφορετική προσέγγιση

Οι επιστήμονες διερευνούν τελευταία αν μπορούν να τροποποιήσουν με ανάλογο τρόπο τα φυσικά φονικά κύτταρα. Ένα σημαντικό πλεονέκτημά τους είναι ότι ενδέχεται να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση καρκίνων και αυτοάνοσων παθήσεων που σχετίζονται με μη φυσιολογικά Τ κύτταρα.

Η προσπάθεια να χρησιμοποιηθούν CAR T κύτταρα εναντίον νοσούντων Τ κυττάρων δημιουργεί ένα σημαντικό πρόβλημα: επειδή τόσο τα τροποποιημένα κύτταρα όσο και οι στόχοι τους είναι Τ κύτταρα, τα τροποποιημένα κύτταρα μπορεί να αναγνωρίσουν και να καταστρέψουν το ένα το άλλο. Αυτή η ανεπιθύμητη επίθεση μπορεί να υπονομεύσει τη θεραπεία.

Τα φυσικά φονικά κύτταρα αποφεύγουν αυτή την επιπλοκή, καθώς αποτελούν διαφορετικό τύπο ανοσοκυττάρων. Μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να επιτίθενται σε επιβλαβή Τ κύτταρα, χωρίς να προκύπτει το ίδιο πρόβλημα της αλληλοεξόντωσης των τροποποιημένων Τ κυττάρων.

«Τα NK κύτταρα μπορούν να αντιμετωπίσουν αυτές τις κακοήθειες των Τ κυττάρων — όχι μόνο τον καρκίνο των Τ κυττάρων, αλλά και τα αυτοάνοσα νοσήματα που σχετίζονται με Τ κύτταρα», λέει ο Chen.

Η παραγωγή CAR NK κυττάρων εκτός του σώματος εξακολουθεί, ωστόσο, να απαιτεί μεγάλο μέρος του εξειδικευμένου εξοπλισμού, της εργασίας και της επεξεργασίας που χρειάζεται και η παραγωγή CAR T κυττάρων. Για να ξεπεράσει αυτούς τους περιορισμούς, η ομάδα του MIT διερεύνησε αν τα NK κύτταρα θα μπορούσαν να τροποποιηθούν «in vivo», δηλαδή απευθείας μέσα στο σώμα.

«Αν ο ασθενής μπορεί απλώς να λάβει μια έγχυση νανοσωματιδίων, η διαδικασία θα απλοποιηθεί σημαντικά και το κόστος θα μειωθεί», λέει ο Anderson.

Παρότι βρίσκονται σε εξέλιξη προσπάθειες ανάπτυξης θεραπειών CAR NK για τον καρκίνο και τα αυτοάνοσα νοσήματα, καμία δεν έχει λάβει έγκριση από τον FDA.

Πώς τα νανοσωματίδια mRNA επαναπρογραμματίζουν τα ανοσοκύτταρα

Η ομάδα του MIT σχεδίασε λιπιδικά νανοσωματίδια (LNP), ικανά να μεταφέρουν αγγελιαφόρο RNA στα φυσικά φονικά κύτταρα. Το mRNA περιέχει τις οδηγίες για την παραγωγή ενός χιμαιρικού υποδοχέα αντιγόνου, ο οποίος κατευθύνει το τροποποιημένο ανοσοκύτταρο προς έναν συγκεκριμένο στόχο.

Η τεχνολογία μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να αναγνωρίζει διαφορετικές πρωτεΐνες, ανάλογα με την ασθένεια που αντιμετωπίζεται. Για παράδειγμα, οι ερευνητές μπορούν να δώσουν οδηγίες για την παραγωγή υποδοχέα που αναγνωρίζει το CD19, μια πρωτεΐνη στα Β κύτταρα, ή το CD3, μια πρωτεΐνη που υπάρχει στα Τ κύτταρα, μεταξύ των οποίων και σε εκείνα που ευθύνονται για αυτοάνοσες επιθέσεις.

Για να κατευθύνουν τα νανοσωματίδια στα κατάλληλα ανοσοκύτταρα, οι επιστήμονες κάλυψαν την επιφάνειά τους με τμήματα αντισωμάτων. Τα τμήματα αυτά αναγνωρίζουν και συνδέονται με υποδοχείς στα NK κύτταρα, διευκολύνοντας τη μεταφορά των γενετικών οδηγιών στο σημείο όπου χρειάζονται.

Μόλις το mRNA εισέλθει σε ένα NK κύτταρο, καθοδηγεί την παραγωγή του νέου υποδοχέα και δίνει στο ανοσοκύτταρο τη δυνατότητα να αναγνωρίζει και να επιτίθεται στον στόχο του.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν αν η προσέγγιση μπορούσε να επαναπρογραμματίσει αποτελεσματικά τα NK κύτταρα και αν τα κύτταρα που προέκυπταν μπορούσαν να καταπολεμήσουν τον καρκίνο και τα αυτοάνοσα νοσήματα σε ποντίκια.

Τα επαναπρογραμματισμένα ανοσοκύτταρα εξαλείφουν όγκους σε ποντίκια

Τα αρχικά πειράματα έδωσαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Μετά την έγχυση των νανοσωματιδίων σε ποντίκια, οι ερευνητές τροποποίησαν με επιτυχία περίπου το 80% των NK κυττάρων στα οποία στόχευαν.

Στη συνέχεια διερεύνησαν αν τα τροποποιημένα κύτταρα μπορούσαν να επιτεθούν σε όγκους. Σε ποντίκια με επιθετική μορφή μελανώματος, τρία από τα πέντε ζώα που έλαβαν νανοσωματίδια σχεδιασμένα ώστε να κατευθύνουν τα NK κύτταρα εναντίον του καρκίνου παρουσίασαν πλήρη ύφεση.

Οι ερευνητές δοκίμασαν την τεχνική και σε λέμφωμα Τ κυττάρων, χρησιμοποιώντας εξανθρωπισμένα ποντίκια. Στα ζώα αυτά χορηγούνται μεταγγίσεις ανθρώπινων κυττάρων αίματος, ώστε το ανοσοποιητικό τους σύστημα να αποκτήσει προσωρινά ορισμένα χαρακτηριστικά που υπάρχουν και στον άνθρωπο.

Σε αυτό το μοντέλο, η θεραπεία οδήγησε σε εκτεταμένη καταστροφή του όγκου. Μετά από πέντε ενέσεις νανοσωματιδίων, οι όγκοι εξαλείφθηκαν πλήρως.

Είναι σημαντικό ότι τα αποτελέσματα ήταν συγκρίσιμα με εκείνα που επιτεύχθηκαν με CAR NK κύτταρα τα οποία παράχθηκαν με την παραδοσιακή μέθοδο: συλλογή των NK κυττάρων, τροποποίησή τους εκτός του σώματος και επιστροφή τους στα ζώα.

Το εύρημα αυτό υποδηλώνει ότι η παραγωγή CAR NK κυττάρων απευθείας μέσα στο σώμα θα μπορούσε να προσφέρει παρόμοια αντικαρκινική δράση, αποφεύγοντας παράλληλα την περίπλοκη διαδικασία παρασκευής που απαιτούν οι συμβατικές κυτταρικές θεραπείες.

Μία ένεση αναστρέφει τη βλάβη στο ήπαρ από αυτοάνοσο νόσημα

Οι ερευνητές θέλησαν επίσης να διαπιστώσουν αν η τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση αυτοάνοσων νοσημάτων, στα οποία το ανοσοποιητικό σύστημα προκαλεί λανθασμένα βλάβες σε υγιείς ιστούς.

Επικεντρώθηκαν στην αυτοάνοση ηπατίτιδα, μια πάθηση κατά την οποία μη φυσιολογικά Τ κύτταρα επιτίθενται στα ηπατοκύτταρα, τα κύρια λειτουργικά κύτταρα του ήπατος. Οι επιστήμονες σχεδίασαν νανοσωματίδια που καθοδηγούν τα NK κύτταρα να αναγνωρίζουν αυτά τα επιβλαβή Τ κύτταρα και εξέτασαν αν έτσι μπορούσαν να διακόψουν την αυτοάνοση αντίδραση.

Η θεραπεία εξάλειψε με επιτυχία τα αυτοαντιδραστικά Τ κύτταρα σε ποντίκια με τη νόσο. Ακόμη πιο ενθαρρυντικό ήταν ότι, μετά την απομάκρυνση των επιβλαβών ανοσοκυττάρων, ο κατεστραμμένος ηπατικός ιστός των ζώων επουλώθηκε.

Οι βελτιώσεις αυτές εμφανίστηκαν μετά από μία μόνο ένεση νανοσωματιδίων, αναδεικνύοντας τις πιθανές εφαρμογές της προσέγγισης πέρα από την αντιμετώπιση του καρκίνου.

«Η μελέτη αυτή αποτελεί εξαιρετικό παράδειγμα των δυνατοτήτων των συστημάτων νανομεταφοράς και της ικανότητάς τους να συμβάλουν ενδεχομένως στη θεραπεία του καρκίνου και άλλων ασθενειών», λέει ο Langer.

Μια νέα κατεύθυνση για τις θεραπείες του καρκίνου και των αυτοάνοσων νοσημάτων

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ο επαναπρογραμματισμός των φυσικών φονικών κυττάρων μέσα στο σώμα θα μπορούσε στο μέλλον να προσφέρει νέες θεραπευτικές επιλογές για πολύ περισσότερες παθήσεις.

Μεταξύ των ασθενειών που ελπίζουν να στοχεύσουν είναι η πολλαπλή σκλήρυνση και η ρευματοειδής αρθρίτιδα, οι οποίες μπορεί να περιλαμβάνουν επιβλαβείς ανοσολογικές αντιδράσεις που προκαλούνται από δυσλειτουργικά Τ κύτταρα.

Παρότι τα ευρήματα είναι ενθαρρυντικά, τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ποντίκια. Θα χρειαστεί περαιτέρω έρευνα για να διαπιστωθεί αν η τεχνική είναι ασφαλής και αποτελεσματική στους ανθρώπους.

Αν αποδειχθεί επιτυχής, η τεχνολογία θα μπορούσε να κάνει τις θεραπείες με τροποποιημένα ανοσοκύτταρα πολύ πιο προσιτές, αντικαθιστώντας τη χρονοβόρα εργαστηριακή διαδικασία με την απευθείας μεταφορά γενετικών οδηγιών μέσω νανοσωματιδίων.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τη Sanofi, το Marble Center for Cancer Nanomedicine και επιχορήγηση υποστήριξης (core) του Koch Institute από το National Cancer Institute.