Komórki CAR-T mają powstawać bezpośrednio w organizmie. Projekt z Würzburga otrzymał ERC Starting Grant
Zespół z Universitätsklinikum Würzburg zamierza połączyć lipidowe nanocząstki z narzędziami edycji genomu, aby trwale i w sposób ukierunkowany programować limfocyty T bezpośrednio w organizmie.
Dr med. Karl Petri z Universitätsklinikum Würzburg otrzymał ERC Starting Grant na rozwój technologii, która ma umożliwić wytwarzanie komórek CAR-T bezpośrednio w organizmie pacjenta. Projekt zakłada połączenie lipidowych nanocząstek z nowymi narzędziami edycji genomu, aby informację genetyczną kodującą chimeryczny receptor antygenowy wprowadzać do limfocytów T w sposób trwały, ukierunkowany i możliwie bezpieczny. W ciągu pięciu lat zespół zamierza zgromadzić dane z badań prowadzonych w hodowlach komórkowych i na myszach, które mają przygotować podstawy przyszłej translacji klinicznej.
W artykule:
- Jak obecnie powstają komórki CAR-T?
- ERC Starting Grant na rozwój terapii CAR-T in vivo
- Dlaczego badacze chcą wykorzystać lipidowe nanocząstki?
- Ukierunkowana integracja informacji genetycznej
- Bezpieczeństwo jako jeden z głównych elementów projektu
- Pięć lat badań przed planowaną translacją kliniczną
Jak obecnie powstają komórki CAR-T?
Komórki CAR-T są obecnie wytwarzane poza organizmem pacjenta. Z krwi pobiera się limfocyty T, które następnie poddawane są w laboratorium modyfikacji genetycznej. Jej celem jest sprawienie, aby komórki wytwarzały na swojej powierzchni białka określane jako chimeryczne receptory antygenowe (CAR).
Receptory CAR umożliwiają zmodyfikowanym limfocytom T rozpoznawanie i niszczenie komórek nowotworowych. Po przeprogramowaniu komórki CAR-T są ponownie podawane pacjentowi.
Od pierwszego dopuszczenia terapii CAR-T w 2017 roku metoda ta istotnie zmieniła leczenie wybranych nowotworów układu krwiotwórczego, w tym określonych postaci białaczek, chłoniaków oraz szpiczaka plazmocytowego. U części chorych możliwe jest uzyskanie długotrwałych remisji.
Jednocześnie spersonalizowane wytwarzanie CAR-T poza organizmem wiąże się ze znacznym nakładem czasu i kosztami, a proces produkcyjny nie zawsze kończy się powodzeniem. Nowy projekt zespołu z Würzburga ma doprowadzić do opracowania rozwiązania pozwalającego ominąć etap laboratoryjnego przygotowywania komórek dla każdego pacjenta.
ERC Starting Grant na rozwój terapii CAR-T in vivo
Dr med. Karl Petri z Lehrstuhl für Zelluläre Immuntherapie oraz Medizinische Klinik und Poliklinik II w Universitätsklinikum Würzburg otrzymał na realizację projektu ERC Starting Grant o wartości blisko 1,5 mln euro.
Celem projektu jest opracowanie technologii, dzięki której komórki CAR-T mogłyby powstawać bezpośrednio w organizmie. Zamiast pobierać limfocyty T, modyfikować je w specjalistycznym laboratorium i ponownie podawać pacjentowi, materiał potrzebny do przeprogramowania odpowiednich komórek miałby zostać dostarczony do nich in vivo.
Jak podkreśla Karl Petri, immunoterapia komórkowa ma szeroki potencjał, nieograniczający się wyłącznie do onkologii. Jednym z nierozwiązanych problemów pozostaje jednak opracowanie skutecznej i bezpiecznej technologii umożliwiającej wytwarzanie takich terapii bezpośrednio w organizmie.
Wektory wirusowe i lipidowe nanocząstki – dwa podejścia o różnych ograniczeniach
Aby limfocyty T mogły rozpocząć wytwarzanie receptorów CAR już w organizmie, konieczne jest dostarczenie do nich odpowiedniej informacji genetycznej. Może temu służyć wektor pochodzenia wirusowego albo system oparty na nanocząstkach.
Wektory wirusowe umożliwiają trwałą ekspresję CAR
W klasycznej produkcji komórek CAR-T w laboratorium stosowane są zazwyczaj wektory wirusowe. Dostarczają one do wcześniej pobranych limfocytów T DNA zawierające gen kodujący receptor CAR. Materiał genetyczny zostaje trwale wbudowany do genomu komórki, dzięki czemu limfocyt może przez długi czas wytwarzać białko CAR.
Ograniczeniem tego podejścia jest brak pełnej kontroli nad miejscem integracji materiału genetycznego w genomie. Według materiału prasowego zagadnienie to nabiera szczególnego znaczenia w przypadku terapii prowadzonej bezpośrednio w organizmie. Wektory byłyby wówczas podawane do całego organizmu i potencjalnie mogłyby docierać nie tylko do limfocytów T, lecz również do innych komórek.
Lipidowe nanocząstki pozwalają dostarczać mRNA, ale efekt jest krótkotrwały
Alternatywnym nośnikiem są lipidowe nanocząstki. Mogą one transportować do limfocytów T mRNA zawierające instrukcję potrzebną do syntezy receptorów CAR.
Zaletą takiego rozwiązania jest możliwość dostarczania materiału genetycznego bez trwałego wprowadzania klasycznego wektora wirusowego. Problemem pozostaje jednak krótki czas utrzymywania się mRNA. Cząsteczka RNA ulega degradacji, dlatego limfocyty T eksponują receptor CAR na swojej powierzchni jedynie przez kilka dni. Po rozpadzie mRNA zanika informacja potrzebna do dalszej produkcji białka.
Badacze chcą połączyć trwałość z ukierunkowaną integracją
Zespół Karla Petriego zamierza połączyć zalety obu podejść. Celem jest uzyskanie długotrwałej ekspresji CAR przy jednoczesnym wykorzystaniu platformy pozwalającej na ukierunkowane wprowadzenie informacji genetycznej.
Badacze opracowują terapię CAR-T in vivo opartą na lipidowych nanocząstkach i nowych narzędziach edycji genomu. Informacja genetyczna kodująca receptor CAR ma zostać skierowana do określonego regionu genomu limfocytu T, nazywanego regionem safe harbor, czyli „bezpieczną przystanią”.
Takie podejście ma umożliwić trwałe zachowanie informacji kodującej CAR przy jednoczesnym ukierunkowaniu miejsca jej integracji.
Według informacji przedstawionych przez zespół wiadomo już, że lipidowe nanocząstki mogą służyć do transfekcji limfocytów T in vivo, czyli do wprowadzania materiału genetycznego bezpośrednio do tych komórek. Karl Petri wykazał również wcześniej możliwość działania nowych narzędzi edycji genomu w limfocytach T.
Badacz określa uzyskane dotychczas dane wstępne jako bardzo obiecujące. Kolejnym zadaniem będzie połączenie poszczególnych komponentów i optymalizacja narzędzi genetycznych tak, aby informacja kodująca CAR trafiała do limfocytów T możliwie wydajnie, trwale i bezpiecznie.
Bezpieczeństwo ma być oceniane na każdym etapie
Ocena bezpieczeństwa jest jednym z zasadniczych elementów projektu. Zespół planuje szczegółowo analizować poszczególne etapy opracowywanej metody oraz sprawdzać jej tolerancję i potencjalne zagrożenia.
W tym celu badacze zamierzają korzystać między innymi z opracowanych przez siebie metod analitycznych. Analizy mają obejmować rozmieszczenie nanocząstek w organizmie oraz dokładne określanie miejsc, w których informacja genetyczna zostaje wbudowana do genomu komórek.
Jak wyjaśnia Karl Petri, badacze chcą między innymi ustalić, gdzie nanocząstki przemieszczają się po podaniu oraz w których miejscach genomu dochodzi do integracji dostarczonego materiału genetycznego.
Pięć lat badań przed planowaną translacją kliniczną
Projekt ma potrwać pięć lat. W tym okresie zespół planuje zgromadzić niezbędne dane z zakresu badań podstawowych i bezpieczeństwa, uzyskiwane w doświadczeniach prowadzonych na hodowlach komórkowych oraz na myszach.
Dane te mają następnie stanowić podstawę do przygotowania spotkania typu Pre-IND, gdzie skrót Pre-IND oznacza Pre-Investigational New Drug. Ma to przygotować grunt pod przyszłą translację kliniczną opracowywanej technologii.
Na obecnym etapie projekt pozostaje zatem przedsięwzięciem badawczym i przedklinicznym. Informacja prasowa nie opisuje rozpoczętego badania klinicznego ani terapii dostępnej obecnie dla pacjentów.
Zaplecze naukowe w Würzburgu
Autorzy projektu wskazują na rozbudowane zaplecze badawcze dostępne w Würzburgu. Prof. Hermann Einsele, dyrektor Medizinische Klinik und Poliklinik II, oraz prof. Michael Hudecek, kierujący Lehrstuhl für Zelluläre Immuntherapie, specjalizują się w obszarze terapii CAR-T.
Z kolei prof. Jörg Vogel, dyrektor zarządzający Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI), zajmuje się badaniami nad kwasami rybonukleinowymi. W otoczeniu projektu funkcjonują również NCT WERA oraz Bayerisches Zentrum für Krebsforschung (BZKF), których struktury mogą wspierać przyszłą translację kliniczną.
Zdaniem Karla Petriego powodzenie projektu mogłoby doprowadzić do stworzenia platformy służącej do generowania i modyfikowania terapii komórkowych bezpośrednio in vivo.
Rozwój zespołu i badania nad narzędziami CRISPR-2.0
Rozpoczęcie nowego projektu planowane jest na początek 2027 roku. Karl Petri zamierza zatrudnić dwie dodatkowe osoby na stanowiskach doktoranckich oraz jedną osobę na stanowisku podoktorskim.
Część grupy jest już finansowana przez Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) w ramach Emmy-Noether-Programm. W tym projekcie zespół rozwija nowe narzędzia CRISPR-2.0 przeznaczone do ukierunkowanego wytwarzania i dalszego udoskonalania produktów CAR-T stosowanych w leczeniu nowotworów.
O Karlu Petrim
Dr med. Karl Petri urodził się we Frankfurcie nad Menem i dorastał w Karben w Hesji. Studiował medycynę w Heidelbergu, a następnie przez sześć lat prowadził badania w Stanach Zjednoczonych w Massachusetts General Hospital oraz Harvard Medical School w Bostonie.
Od lata 2023 roku pracuje w Universitätsklinikum Würzburg. W Medizinische Klinik und Poliklinik II, w Institut für Zelluläre Immuntherapie, kieruje grupą badawczą Emmy-Noether-Forschungsgruppe – Petri-Lab.
Materiał prasowy: Universitätsklinikum Würzburg
