CAR-T
Lepo pozdravljene in pozdravljeni v današnji oddaji Frequenza della Scienza. Tokratno oddajo bomo posvetili terapiji, ki je v zadnjih dveh desetletjih postavila nove temelje za zdravljenje raka – terapijo s celicami CAR-T. CAR-T celična terapija je oblika genske terapije, kjer celice človeškega imunskega sistema opremimo tako, da prepoznajo in napadejo tumorske celice. Terapija je še v povojih in je do sedaj bila uporabljena za zdravljenje majhnega števila vrst raka. Njen relativen uspeh v primerjavi z drugimi oblikami zdravljenja je odprl množico novih poskusov za uporabo terapije tudi na drugih oblikah raka, zato bo terapija v prihodnje postajala čedalje večji del rednega zdravljenja rakavih bolnikov. V današnji oddaji bomo poskusili predstaviti principe nove terapije ter ovrednotiti njen potencial in omejitve za zdravljenje.
Ko govorimo o raku in njegovem zdravljenju, moramo nemudoma opozoriti, da rak ni ena, temveč množica različnih bolezni. Odvisno od klasifikacije lahko ločimo več kot 100 ali 200 različnih vrst raka. Te se med sabo razlikujejo glede na izvorno tkivo, slednje pa v veliki meri določa pomembne značilnosti raka, kot so lokacija v telesu, njegova oblika, hitrost širjenja, invazivnost in možnost metastaziranja [metastazIranja] na druga tkiva. Zdravljenje raka je tako odvisno od vrste raka in stadija, v katerem se ta nahaja ob začetku zdravljenja. Od stadija in vrste je prav tako odvisna uspešnost zdravljenja s trenutnimi terapijami – od relativne učinkovitosti do praktične brezupnosti.
Kljub raznolikosti imajo različne vrste raka skupni dve poglavitni značilnosti, zaradi katerih je njihovo zdravljenje tako težko. Prvič, rak ni zgolj nenadzorovano deljenje celic, ki privede do bolezni, temveč je hkrati razvijanje in prilagajanje rakavih celic na ovire, ki jih telo postavi, da bi preprečilo njihovo deljenje. Kot pri evoluciji z naravno selekcijo, le da omejeno na telo ene osebe, pri razvoju raka najuspešnejše preživijo celice, ki so prilagojene na selekcijske pritiske. Celice, ki preživijo selekcijske pritiske, se lahko nato neovirano delijo naprej kljub nadaljnji pristnosti pritiska.
Vsako zdravljenje raka bo tako postavljeno pred težko nalogo. Tudi če bo, na primer, zdravljenje s kemoterapevtikom odpravilo večino rakavih celic, se bo majhen odstotek tistih celic, ki bodo preživele, lahko širil naprej. Preživele celice bodo pogosto bolje prilagojene na taisti kemoterapevtik, saj so preživele prav zaradi svoje prilagojenosti na nov selekcijski pritisk. Zdravljenje se zato pogosto izvede s koktajlom kemoterapevtikov – ideja je, da z večanjem števila protirakavih učinkovin rakave celice potisnemo v kot, iz katerega se ne bodo mogle rešiti s prilagajanjem. Iz izkušenj žal vemo, da tudi ta strategija pogosto ne zadostuje za ozdravitev.
Druga strategija za onemogočanje prilagoditve rakavih celic je večanje doze uporabljenih kemoterapevtikov, kar poveča njihovo učinkovanje v odstranjevanju rakavih celic. Tukaj naletimo na drugo značilnost rakavih obolenj, zaradi katere je njihovo zdravljenje tako težko. Rak, nasprotno od okužb, niso telesu tuje celice, temveč se razvije iz lastnih celic, ki zato ne predstavljajo tujka. Zato so v marsičem neločljive od zdravih telesnih celic, kar pomeni, da je izredno težko razviti učinkovine, ki bi ciljale specifično samo rakave in ne tudi zdravih celic. Če za bakterijske okužbe lahko proizvedemo antibiotike, ki učinkujejo specifično na komponente bakterijskih celic, rakave celice večinoma nimajo komponent, ki ne bi bile prisotne tudi na drugih celicah.
Vnos vsake molekule za zdravljenje raka bo tako kot kolateralno škodo povzročil tudi uničevanje zdravih telesnih celic. Večanje doze kemoterapevtikov bo povečalo uničevanje tako rakavih kot tudi drugih telesnih celic. Meja med učinkovitim odstranjevanjem raka in škodovanjem lastnemu telesu je tako izredno zabrisana, načeloma pa niti ne obstaja. Problem lahko ponazorimo z vicem o rakavih celicah v petrijevki: če nekdo trdi, da so raziskovalci odkrili, da vitamini ali določena dieta ubijejo rakave celice v laboratoriju, jim lahko odvrnete, da bi jih verjetno ubil tudi strel iz pištole.
Vic nas skuša poučiti, da je farmakološko spopadanje z rakom vseeno bolj metodično. Vse terapije raka temeljijo na iskanju razlike med človekovimi funkcionalnimi in okvarjenimi celicami. Z drugimi besedami: da lahko raka napademo, moramo zelo natančno poznati celične mehanizme njegovega nastanka in življenja v telesu. Šele takrat lahko opazimo nianse razlik, ki jih lahko izrabimo v prid zdravljenju.
Poznamo zelo veliko vrst raka, več kot 200. Navadno jih poimenujemo glede na tkivo, v katerem najdemo tumorske tvorbe, kar pa ne pomeni, da so si na primer vse vrste raka črevesja enake. Zaradi velike variabilnosti genetskih in okoljskih dejavnikov bi bilo bolje reči, da je rakavih obolenj toliko kot je primerov bolezni, ker je bolezen vedno splet med povzročiteljem in odzivom imunskega sistema. Na bolezni in na zdravila se ljudje ne odzivamo enako, klasična razlaga tega je ravno delovanje imunskega sistema, ki se razlikuje ne samo med ljudmi, temveč tudi pri vsakem posamezniku v različnih časovnih točkah. Odvisen je na primer od dela dneva, od prehranskih navad in sprememb, nenazadnje pa tudi od povzročitelja bolezni.
Razumevanje različnosti rakov je tudi razlog, zakaj je njegovo zdravje personalizirano. Lokacija, velikost in napredovalost tumorja pomenijo tudi drugačen pristop k zdravljenju oziroma odstranjevanju tkiva. Ker se bomo danes osredotočili na farmakološko zdravljenje raka, torej na izdelavo genskega zdravila na osnovi CAR-T, moramo razumeti kaj več o klasičnih terapevtskih pristopih. To so hormonsko, kemoterapevtsko in tarčno zdravljenje. Strokovnjak ali strokovnjakinja s področja onkologije po pregledu in posvetih določi zdravljenje, ki je najprimernejše za posamezno obolenje, zelo pogoste so kombinacije različnih pristopov.
Poznamo torej tri vrste terapije. S hormonskimi zdravili zdravimo predvsem vrste raka v hormonsko aktivnih tkivih, torej tiste, ki so nastale ali pa se ohranjajo zaradi aktivnosti steroidnih hormonov. Govorimo o raku dojk, prostate in ostalih delov reproduktivnega sistema, pa tudi nadledvične žleze. Kemoterapevtiki kot druga skupina so predvsem zdravila, ki izrabljajo dejstvo, da se rakave celice delijo hitreje in nenadzorovano v primerjavi z zdravimi celicami. Med celično delitvijo, ko je celica bolj podvržena zunanjim vplivom, jo skušamo preplaviti z motečimi snovmi, ki to delitev ovirajo oziroma jo vodijo v prezgodnjo smrti. Ravno zato pride pri mnogih kemoterapevtikih do slabokrvnosti in odpadanja las – ko namreč preplavijo telo, vplivajo tudi na delitev drugih hitro nastajajočih tkiv, kot so lasje in krvne celice.
Tretja skupina zdravil za tarčno zdravljenje je v večini primerov najbolj specifična. Omenili smo že, da je razlog za nastanek raka zaporedje genskih sprememb, zato se pokvarijo mehanizmi, ki nadzorujejo celično delitev, migracijo in metabolizem. V desetletjih raziskav smo dobro okarakterizirali specifične signalne poti in proteine, ki so pri rakavih obolenjih okvarjeni, zato smo lahko razvili ustrezna zdravila. Ta delujejo na proteine in signalne poti, ki so dobro okarakterizirane.
Zakaj torej potrebujemo tehnologijo CAR-T in druge nove možnosti? Čeprav obstaja kar veliko pristopov k zdravljenju različnih rakavih obolenje, so nekatere vrste raka posebej izmuzljive ali pa ne izkazujejo karakteristik, ki bi jih lahko izrabili s klasičnimi pristopi. Nekaj takšnih karakteristik smo že omenili: občutljivost na spolne hormone, okvare v signalnih poteh, ki jih skušamo manipulirati, ali pa skušamo zmotiti celično delitev. Po krajšem premoru bomo raziskali, kakšna je tehnologija CAR-T in kako nam pomaga pri zdravljenju tako kompleksne bolezni, kot je rak. Ostanite na znanstveni frekvenci 89,3 MHz.
Pozdravljeni v oddaji Frequenza della Scienza na valovih Radia Študent. V današnji ediciji raziskujemo razsežnosti uporabnosti in potencialov tehnologije CAR-T. Po krajšem uvodu v rakava obolenja in njihovo zdravljenje je zdaj čas, da predstavimo tehnologijo samo, a najprej krajši oris komunikacije med celicami, ki nam bo koristil pri razumevanju genskih pristopov.
Živi organizmi smo zelo dobro organizirani komunikacijski stroji. Ne govorimo o jezikovni komunikaciji, ampak koordinaciji dogajanja znotraj organizma. Živčni in hormonski sistem sta v stalnem stiku z notranjim okoljem, za to imamo tudi posebna tipala oziroma receptorje, ki se odzivajo na pH, temperaturo in prisotnost določenih presnovkov, kot so glukoza in aminokisline. Imunski sistem je specializiran, da lahko zazna invazijo telesu tujih bakterij in virusov ter se nanje primerno odzove. Evolucijski pritiski so razvoj pri živalih potisnili v smer kompleksnih organskih sistemov, ki so odvisni drug od drugega. Človeško telo je torej splet soodvisnosti – ledvice vplivajo na delovanje krvožilja, spet to je povezano z dihali; prebavila so odvisna od črevesnih bakterij in zaužite hrane.
Rakava obolenja ubijajo, ker na razne načine posežejo v fiziološko delovanje specializiranih tkiv, zato se ukvarjamo z razvojem zdravil in novih terapevtskih pristopov. O tehnologiji CAR-T smo povprašali doktorico Tino Fink, raziskovalko na Odseku za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu.
Tehnologija CAR-T temelji na človekovih lastnih imunskih celicah, limfocitih T oziroma celicah T. Limfociti T so v navadnem poteku imunskega odziva sposobni sami ubijati tujke v organizmu ali na mestu okužbe sprostiti signalne molekule, ki na kraj zločina pripeljejo druge akterje imunskega sistema za večnivojski odziv. Kako pa sploh ugotovijo, da je nekaj narobe? Med svojim zorenjem se limfociti T naučijo prepoznati antigene in jih ločevati od lastnih, ki jim ne smejo škodovati. Prepoznavanje pa se vrši s pomočjo T-celičnega receptorja, ki je posebnost teh limfocitov. T-celični receptor je kot tipalo, ki imunski inšpekciji pomaga pri določanju zlikovcev.
Znanstveniki in znanstvenice so ugotovili, da lahko s tehnikami genskega inženirstva v človekove limfocite T vstavimo navodila za prilagojeno umetno tipalo oziroma receptor, kakršnega si pač zamislimo. Za namene današnje oddaje bomo tipalo imenovali receptor, natančneje himerni antigenski receptor, krajše CAR-T. Več o tem, kako po navadi izgleda priprava zdravila na osnovi genske manipulacije s tehnologijo CAR-T v kliničnem oziroma laboratorijskem okolju, doktorica Fink.
Zakaj pa uporabljamo T-celice in ne katere druge linije imunskih celic?
Samonikel imunski odziv na tujek mora biti dobro tempiran in tudi ne preveč intenziven. To pa predstavlja v raziskovalnem smislu največjo oviro pri razvoju tehnologij, kot je CAR-T. V celico vstavljamo prilagojeni T-celični receptor, ki mora zagotoviti dobro prepoznavanje tarčnega antigena; pravimo, da se antigen in T-celični receptor ujemata kot ključ in ključavnica. Na drugi strani pa mora signal prenesti v notranjost celice tako, da celica ne podivja in reagira pretirano glede na situacijo. Predstavljamo si kavboja, ki skuša krotiti večstokilogramskega konja. Glede na njegove premike v sedlu in ukaze se lahko zgodi marsikaj.
Tipični CAR-receptor je sestavljen iz zunajcelične receptorske domene in znotrajcelične signalne domene, ki pa sta del istega receptorskega kompleksa. Glede na to kaj receptor zazna v okolici celice T, se oblikuje imunski odziv. Signalizacija je zapleten proces, ki je bistvenega pomena za kvaliteten imunski odziv. Zaznavanje želenega antigena na T-celičnem receptorju oziroma CAR-receptorju je v tem oziru prvi korak v kaskadi reakcij, ki omogočijo, da limfocit T izvrši eno od svojih poglavitnih nalog – uničenje tujka. Od same zasnove CAR-receptorja je tudi odvisno, kako bodo potekale reakcije nižje po reakcijski kaskadi in nenazadnje tudi zdravljenje. Doktorica Fink nam pove več o razvoju CAR-T receptorja.
Aktivacijska in kostimulatorna domena skušata posredovati čim bolj enakomeren odziv na prisotnost antigena. Problem zdravljenja s CAR-T je, da je, ko se odločimo za zdravljenje, vsak pacient glede aktivnosti in specifičnega stanja imunskega sistema drugačen. Eden od najpomembnejših stranskih učinkov zdravljenja je citokinska nevihta. To je pretirano izločanje citokinov, ki so signalne molekule, iz aktiviranih limfocitov T. Vloga citokinov v kontroliranem imunskem odzivu je priklic podpornih imunskih celic in mobilizacija drugih nivojev obrambe, tudi vnetja in dviga temperature. Pri citokinski nevihti gre za nesorazmeren odziv, ki je lahko škodljiv in celo smrtno nevaren za pacienta. Z razvojem novih generacij receptorjev se želimo takšnim neželenim dogodkom izogniti. Po krajšem premoru bomo pokukali v zdravljenje s CAR-T, pogovarjali pa smo se tudi o prihodnosti razvoja CAR-T tehnologij.
Pozdravljeno poslušalstvo v protirakavi nedeljski ediciji oddaje Frequenza della Scienca. Po orisu tehnologije CAR-T se selimo v klinično okolje. Doktorica Fink nam pove o nekaterih boleznih, ki jih s tehnologijo CAR-T naslavljamo.
Prvo gensko terapijo na podlagi tehnologije CAR-T nasploh je leta 2017 odobril Ameriški urad za hrano in zdravila. Zdravilo tisagenlecleucel pomeni inženirsko vstavitev zapisa za CAR-receptor v limfocit T. Ta receptor prepoznava proteinsko molekulo CD19, ki se prekomerno izraža na rakavo spremenjenih limfocitih B.
Eden od problemov, s katerimi se raziskovalna srenja trenutno ukvarja, je slaba prebojnost limfocitov CAR-T v trdna rakava tkiva. Do sedaj je bilo največ uspehov pri vrstah krvnega raka, kjer pride do srečanja med celico T in rakavo celico v tekočem mediju, kar je v statističnem smislu verjetneje. Trdni tumorji so zasidrani v tkivu ali organu, kjer pogosto izločajo tudi imunosupresivne snovi, ki limfocite in druge celice odganjajo od tumorja. Doktorico Fink smo povprašali, v katere smeri se trenutno obračajo raziskave glede CAR-T terapij.
Eden od razlogov za visoke stroške, povezane s CAR-T tehnologijo, je ravno personaliziranost vsakega odmerka. Z doktorico Fink smo spregovorili tudi o možnosti razvoja univerzalnih CAR-T terapij.
Glede tovrstne univerzalizacije terapije je možnih nekaj različnih pristopov. Površino celice, ki bo nosilka T-celičnega odziva, se sleče vseh potenicalnih imunogenov, na drugi strani pa je treba zagotoviti, da univerzalni limfociti ne bodo napadali gostiteljevega telesa, ampak samo tarčo CAR-receptorja. To dosežemo z utišanjem genov za nativni T-celični receptor v celici, ki jo gensko spreminjamo. Podoben pristop bi bila uporaba nekega drugega tipa celic, ki ohranjajo funkcionalnosti limfocita T.
Glede novejših pristopov je zanimivo tudi področje genskega vnosa. V kontekstu CAR-T želimo vnesti zapis za himerni [himErni] receptor v limfocite T, ki smo jih izolirali iz pacientove krvi in predelali v laboratorijskem okolju. Klasične metode vnašanja dednega materiala so izrabljale sposobnost nekaterih virusov, kot so adenovirusi, da vgrajujejo dedni material v naš lastni genom. Metoda sicer deluje, a ni dovolj specifična, da ne bi z njo tvegali tudi določenih neželenih vgraditev v genom limfocitov T. Čeprav so te spremembe dobro raziskane, so v razvoju nove metode. Izredna profesorica Mojca Benčina z Odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu nam je povedala, kam se osredotočajo ti pristopi.
Pri nevirusnem vnosu dednine je načeloma manj neznank kot pri ravnanju z virusnimi delci. Čeprav so te dobro raziskane in v uporabi že več desetletij, skušajo zmanjšati tveganje. Glede tehnologije lipidnih nanodelcev pa naj omenimo še, da so tovrstno zaščito za dedni material uporabili tudi pri Pfizerjevem cepivu proti covidu-19 na osnovi mRNK. Glede novih pristopov pa ne moremo niti mimo tehnologije CRISPR-Cas, s katero lahko gensko informacijo natančno vstavimo do baznega para, torej lahko genski vnos planiramo vnaprej. Z dodatnimi raziskavami vpliva na genom lahko vedno znova dokažemo, kako bi nek vnos vplival na organizem, in zasnujemo takšen limfocit, kot ga potrebujemo. Profesorica Benčina je kot pametni pristop omenila vnos gena za himerni T-celični receptov kar v TRAC lokus, kjer se izraža nativni CAR-T. To pomeni, da bi se CAR-receptor izražal skupaj z drugimi naravnimi celičnimi geni.
Po odmoru se vračamo v svet genske terapije. Govorili bomo o nameri za vzpostavitev raziskovalnega centra za razvoj in raziskave genskih terapij, za katerega je Kemijski inštitut prejel sredstva.
Ponovno pozdravljeni v oddaji Frequenza della Scenza na 89,3 MHz. Danes govorimo o zasnovi himernih antigenskih receptorjev kot novejši tehnologiji za spopadanje z rakavimi obolenji. Do sedaj smo dodobra orisali osnove CAR-T in povedali, v katero smer gredo raziskave. V zadnjem delu oddaje smo se pogovarjali z raziskovalkama s Kemijskega inštituta o ideji za odprtje raziskovalnega centra za tehnologije genskega inženirstva, ki bo zaživel v sodelovanju Kemijskega inštituta v Ljubljani. Zanimalo nas je, kako se na Kemijskem inštitutu implementira CAR-T in zakaj so se odločili za ta korak? O tem profesorica Benčina.
Zakaj pa po mnenju profesorice Benčina potrebujemo tak center? Kako se bo integriral v slovensko raziskovalno in klinično okolje ter kdo bo pri tem pomagal?
Prvi korak je torej postavitev prostorov, v katerih je možno raziskovati in razvijati nove pristope ter pomožne tehnologije. Vsaka manipulacija s celicami in drugim biološkim materialom zahteva visoko usposobljenost osebja ter sterilne delovne pogoje, da je delo varno za raziskovalno ekipo in ne pride do kontaminacije materiala, ki lahko vodi v propad eksperimenta. Zato je nujno izpolnjevanje pogojev dobre proizvodne prakse.
Kot smo omenili, pa so s tovrstnimi tehnologijami povezani tudi visoki stroški. O razlogih za to smo vprašali profesorico Benčina.
Domača proizvodnja je v tem kontekstu ugodnejša, a še vedno so nekateri stroški fiksni, neodvisni od kraja izdelave. Profesorico Benčina smo vprašali, kako si laboratoriji že med raziskavami in razvojem zagotovijo sredstva, ki izhajajo iz njihovih dognanj.
Cene zdravljenja s prilagojenimi celicami T so zaenkrat vsekakor nedostopne za širšo uporabo v kontekstu javnozdravstvenih sistemov. Če upoštevamo visoko ceno, okoli milijon evrov na zdravljenje, se zdijo še daleč od smiselne komercialne rabe. Poudariti je treba, da se nekatere vrste raka, proti katerim so že odobrili CAR-T terapijo, uspešno zdravi ali vsaj brzda z drugimi farmakološkimi prijemi. CAR-T je smiseln, ko klasično zdravljenje ne deluje.
Za CAR-T bi lahko rekli, da je njegov razvoj šele na začetku, saj zaenkrat ni široko dostopen in vodi do nekaterih hudih stranskih učinkov. Nove raziskave in tehnologije so smiselne ravno zaradi novih dognanj, ki jih med delom oblikujemo. Izraz slaba znanost se v tem smislu ne nanaša na odkritja, ki niso obrodila uporabnih tehničnih rešitev – tudi z delnimi uspehi se učimo o delovanju imunskega sistema. Podrobnosti delovanja imunskega sistema pa so zaradi kompleksnih interakcij na nivoju celic in komunikacije v mnogih pogledih še vedno velika uganka.
Smo na zaključku današnje oddaje Frequenza della Scienza. Prihodnjič se slišimo 19. junija, ko bomo iz Rožne doline poleteli na krilih vran. Ostanite na valovih Radia Študent.
CAR-T sva na mizo polagala Luka in Arne, asistirala je Urška.
Genetski material je preurejal Martin.
Himerno sva brali Špela in Muri.
Zvočno signalizacijo je spretno usmerjal Borut.
Slovnične tumorje je izločila Lea.
Dodaj komentar
Komentiraj