Naučnici Dečije istraživačke bolnice St. Jude poboljšali su imunoterapiju T-ćelija himernog receptora antigena (CAR) za akutnu mijeloičnu leukemiju (AML), pokazujući bolju efikasnost u laboratoriji.
Da bi prevazišli uobičajene probleme sa CAR T ćelijama, istraživači su stvorili dodatno sredstvo za terapiju za pronalaženje i eliminaciju ćelija raka, koristeći mali peptid. Studija je takođe pokazala kako računarski pristup koji uključuje AlphaFold predviđene modele proteina može pomoći u razumevanju kako struktura utiče na prepoznavanje antigena i efikasnost terapije.
Imunoterapija koja reprogramira sopstvene imune ćelije pacijenta da cilja proteine specifične za rak, CAR T-ćelijska terapija, pokazala je uspeh u lečenju nekih relapsnih leukemija. Međutim, ponekad je tretman neuspešan jer ćelije raka koje nemaju ciljani protein i dalje mogu da rastu, izbegavajući terapiju i izazivajući recidiv. Stopa relapsa za AML je visoka, što dovodi do loše prognoze za bolest u celini.
Grupa St. Jude smatrala je da bi moglo biti moguće prevazići problem bekstva imuniteta u modelima AML ciljanjem na dva različita proteina povezana sa rakom umesto na samo jedan.
Drugi su pokušali sličan pristup, ali su naišli na probleme sa strukturom bispecifičnog CAR-a. Naučnici su prevazišli ove probleme dodavanjem malog peptida u CAR koji služi kao vezivo za drugi ciljani protein, a zatim su potvrdili svoje rezultate kompjuterskom strukturnom analizom njihovih poboljšanih konstrukcija.
„Jedan od najuzbudljivijih aspekata studije je da se ovaj pristup može široko ekstrapolirati na druge tumore,“ rekla je viši dopisni autor Paulina Velaskez, MD, Odeljenje za transplantaciju koštane srži i ćelijsku terapiju St. Jude. „Fokusirali smo se na leukemiju, ali kombinovanje bispecifičnog CAR dizajna sa računarskim predviđanjima može se široko ekstrapolirati za druge tumore kao što su solidni tumori i tumori mozga.“
AUTOMOBIL koji su istraživači kreirali je jedinstven dizajn. To je jedan molekul, koji uključuje region antitela koji vezuje specifičnu metu (njegov antigen) i jedan kratki peptid koji vezuje zasebnu metu.
„Dva različita vezujuća domena CAR-a su kao da imate dva skenera bar kodova umesto jednog, tražeći odgovarajući bar kod, ciljane proteine povezane sa rakom“, rekao je Velaskez. „Obično, CAR ima jedan skener bar kodova. Ovde smo postavili dva malo različita skenera bar kodova jedan na drugi, i ako bilo koji od njih otkrije odgovarajući ciljni bar kod, aktivira se imunoterapijski odgovor protiv raka.“
Dva vezujuća domena su povezana linkerom da bi se omogućilo vezivanje dva različita proteina povezana sa rakom. Ovo se u velikoj meri razlikuje od prethodnih pristupa dvostrukog ciljanja na terenu, koji su obično koristili dva puna segmenta vezivanja zasnovana na antitelu.
„Pokazali smo vrednost u pronalaženju kreativnih načina za izvođenje ciljanja sa dvostrukim antigenom“, rekla je prva autorka Jakuelin Zoine, dr., Odeljenje za transplantaciju koštane srži i ćelijsku terapiju St. Jude.
„Prethodni bispecifični CAR pristupi koristili su dva jednolančana varijabilna fragmenta zasnovana na antitelima, koji su fizički veliki molekuli i mogu da se suprotstave jedan drugom, što ponekad dovodi do lošeg ili neefikasnog vezivanja. Naš pristup je umesto toga dodao mali peptid, omogućavajući našem CAR-u da se angažuje bilo koja platforma za sprečavanje imunološkog bekstva.“
Dvostruko ciljani CAR su bili bolji od jednociljanih CAR u eksperimentima in vitro i in vivo, pokazujući obećanje za poboljšanje funkcije CAR T-ćelija.
„Pokazali smo dokaz principa da objasnimo i potencijalno proširimo repertoar CAR dizajna“, rekao je koautor dr M. Madan Babu, FRS, direktor Centra izvrsnosti St. Jude za otkrivanje zasnovano na podacima i Džordž Katedra za nauku o biološkim podacima na Odeljenju za strukturnu biologiju, dodeljena J Pedersenu. „Ali onda dolazi izazov. Kako da znamo koje linkere da izaberemo? Kako da znamo koliko je fizičke fleksibilnosti potrebno?“
Budući da fizička struktura ciljanog molekula i njegovog linkera koji premošćuju dva vezujuća domena mogu izazvati unutrašnje smetnje koje sprečavaju vezivanje za mete na ćeliji raka, identifikovanje koje vrste povezivača su bile češće neefikasne terapije moglo bi dovesti do budućeg poboljšanja. Predviđanja računarskih struktura i poređenje struktura sa eksperimentalnim rezultatima potvrdili su grupi St. Jude da bi kraći, fleksibilniji linkeri bolje funkcionisali u njihovim modelima.
„Ako imamo kruti linker koji povezuje skenere bar kodova, on može skenirati samo ograničenu zapreminu ćelije raka, što ga čini manje efikasnim u pronalaženju ciljeva“, rekao je Babu. „Otkrili smo da kada imate linker dovoljne fleksibilnosti i kraće dužine tako da se ne sklopi na sebe, on može da skenira mnogo veći volumen i veća je verovatnoća da će pronaći ciljne proteine na ćeliji raka. Tada imate efikasnije par skenera bar kodova koji rade zajedno.“
„Mi smo jedna od retkih grupa u svetu koja koristi alate za predviđanje strukture zasnovane na veštačkoj inteligenciji za dizajn automobila“, rekao je drugi autor Kalian Immadisetti, odeljenje St. Jude za transplantaciju koštane srži i ćelijsku terapiju. Immadisetti je potvrdio vezu između kratkih, fleksibilnih linkera i veće efikasnosti protiv raka upoređujući 3D modelirane strukture. Ove informacije su podržale performanse CAR-a u stvarnim eksperimentalnim rezultatima.
„Bili smo uzbuđeni što su strukturna predviđanja podržala naše eksperimente koji su nas obavestili da bi kratak i fleksibilan linker bio najbolja konfiguracija“, rekao je Zoine. „Dok smo izvodili eksperimente, Immadisetti je otkrio da strukturne komponente skoro tačno koreliraju sa onim što smo funkcionalno prikazivali, čak i kada smo promenili jedan od ciljanih domena za vezivanje antitela. Sada smo uveli ideju da se ovi alati za predviđanje veštačke inteligencije mogu proširiti na druge CAR konstrukcije“.
„Ono što je najvažnije, drugi sada mogu da koriste naš računarski pristup za dizajniranje svojih automobila“, rekao je Immadisetti. „I nadamo se da će im to pomoći da shvate efikasnost njihove CAR tehnologije i dovesti do ukupnih poboljšanja za leukemiju i druge maligne bolesti.“
