Zdravljenje raka je v zadnjem desetletju doživelo izjemno preobrazbo. Kaj če bi namesto zanašanja zgolj na zdravila, ki napadajo tumorje, lahko reprogramirali pacientove lastne imunske celice, da poiščejo in uničijo rakave celice? Ta zamisel, ki je še nedavno veljala za futuristično, danes postaja klinična resničnost. Terapija s celicami CAR-T predstavlja enega najpomembnejših prebojev sodobne imunoterapije in ponuja novo upanje pacientom z rakom, ki ga sicer ni mogoče učinkovito zdraviti.
Med nedavnim predavanjem na poletni šoli, ki smo jo organizirali skupaj z BEST Ljubljana, je Tina Fink s Kemijskega inštituta predstavila, kako so celice CAR-T nastale na podlagi desetletij raziskav na področju imunologije in zakaj spreminjajo prihodnost zdravljenja raka. To je prvi članek v seriji petih, v kateri povzemamo predstavitve naših sodelavcev. Tina Fink je v svojem predavanju predstavila tudi trenutna prizadevanja v Sloveniji, vključno z dejavnostmi v okviru CTGCT, katerih cilj je povečati dostopnost in cenovno dosegljivost teh naprednih terapij.
Ključni pojmi: razumevanje terapije CAR-T
Preden podrobneje predstavimo tehnologijo in njen vpliv, je koristno razumeti nekaj ključnih pojmov:
- Celice T: Vrsta belih krvnih celic. Celice T so del imunskega sistema. Njihovi predhodniki izvirajo iz krvotvornih matičnih celic v kostnem mozgu, nato pa dozorevajo v timusu (priželjcu). Pomagajo ščititi telo pred okužbami in lahko sodelujejo tudi pri boju proti raku. Imenujemo jih tudi limfociti T.
- Celice B: Vrsta belih krvnih celic, ki so del prilagodljivega imunskega sistema. Celice B proizvajajo protitelesa, ki prepoznavajo specifične grožnje in pomagajo ščititi telo pred okužbami. Ker nekateri krvni raki izvirajo iz celic B, je mogoče terapije CAR-T zasnovati tako, da prepoznajo molekule na njihovi površini, kot sta CD19 ali BCMA, ter odstranijo tako rakave kot zdrave celice B.
- Imunoterapija: Zdravljenje, ki okrepi ali preusmeri bolnikov lastni imunski sistem, da se bori proti bolezni.
- CAR (himerni antigenski receptor): Umetno zasnovan receptor, ki ga vnesemo v celice T in jim omogoča prepoznavanje specifičnih molekul na rakavih celicah.
- Celice CAR-T: Pacientove lastne celice T, ki so bile gensko spremenjene tako, da izražajo receptor CAR, nato pa so ponovno vnesene v pacienta.
- Sindrom sproščanja citokinov (CRS): Vnetna reakcija, ki jo povzroči obsežna aktivacija imunskega sistema po zdravljenju s celicami CAR-T. Gre za enega najpomembnejših neželenih učinkov, povezanih s to vrsto terapije.
- Solidni tumorji: Raki, ki tvorijo tumorske mase v organih ali tkivih. V primerjavi s krvnimi raki predstavljajo za terapije CAR-T dodatne izzive.
Reprogramiranje imunskega sistema
Imunski sistem že sam po sebi razpolaga z izredno učinkovitimi mehanizmi za prepoznavanje in odstranjevanje groženj. Vendar številne rakave celice razvijejo načine, s katerimi se izognejo imunskemu nadzoru. Terapija CAR-T je bila razvita zato, da to omejitev preseže tako, da celicam T doda umetni receptor, posebej zasnovan za prepoznavanje raka.
Znanstveniki so navdih črpali iz dveh naravnih bioloških sistemov. Protitelesa so zelo učinkovita pri prepoznavanju specifičnih tarč, medtem ko imajo celice T močne mehanizme za uničevanje nenormalnih celic. Z združitvijo sposobnosti protiteles za prepoznavanje tarč z aktivacijskim mehanizmom celic T so raziskovalci ustvarili himerni antigenski receptor. Ta sintetični receptor omogoča celicam T neposredno prepoznavanje molekul, povezanih s tumorjem, ne da bi bile pri tem odvisne od običajnih mehanizmov predstavitve antigenov.
Ko celica CAR-T naleti na svojo tarčo, se sproži zaporedje dogodkov. Receptorji se združijo na mestu stika s tumorsko celico, vključijo se signalne molekule in sprostijo se za celico toksične snovi, ki rakavo celico uničijo. Pomembno je tudi, da se lahko celice T po odvzemu iz pacientove krvi gensko spremenijo z virusnimi vektorji tako, da izražajo receptor CAR, nato namnožijo v specializiranih laboratorijih in vrnejo pacientu. Njihova sposobnost razmnoževanja omogoča dolgotrajen terapevtski učinek, ki se bistveno razlikuje od učinka klasičnega zdravljenja z zdravili.
Od laboratorijske zamisli do kliničnega preboja
Čeprav so se prve zasnove receptorjev CAR pojavile že v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, je do kliničnega uspeha minilo več desetletij. Pomemben prelom se je zgodil leta 2017 z odobritvijo prvega zdravila CAR-T, ki je pokazalo, da lahko gensko spremenjene imunske celice pri pacientih povzročijo dolgotrajne odzive. Uspeh je sprožil izjemen porast raziskovalne dejavnosti in danes je po svetu registriranih že skoraj 2.000 kliničnih raziskav.
Ena najodmevnejših zgodb na tem področju je zgodba Emily Whitehead, deklice s ponovitvijo akutne limfoblastne levkemije, ki je bila prva pacientka, zdravljena s celicami CAR-T na Univerzi v Pensilvaniji. Po zdravljenju je doživela hudo imunsko reakcijo, ki jo danes poznamo kot sindrom sproščanja citokinov. Zdravniki so zaplet obvladali s protitelesom proti IL-6, tocilizumabom, in s tem vzpostavili način zdravljenja, ki je pozneje postal del standardne oskrbe. Izjemen izid je pokazal tako velikanski potencial kot tudi zahtevnost terapije CAR-T. Emily Whitehead je še več let po zdravljenju brez raka.
Danes so odobrene terapije CAR-T namenjene predvsem zdravljenju krvnih rakov, pri čemer prepoznavajo molekule, kot sta CD19 in BCMA, ki se nahajata na celicah B. CD19 in BCMA sta beljakovini na površini celic B. Lahko si ju predstavljamo kot biološki »imenski znački«, ki celicam CAR-T pomagata prepoznati, katere celice naj napadejo. Ta zdravljenja so pokazala izjemne rezultate pri pacientih, ki so že izčrpali več predhodnih možnosti zdravljenja. V nekaterih raziskavah je več kot 60 % pacientov doseglo dolgotrajen odziv, kar predstavlja velik napredek pri rakih, ki so prej veljali za skoraj neozdravljive.
Izzivi proizvodnje in dostopnosti
Kljub kliničnim uspehom je terapijo CAR-T še vedno zahtevno in drago proizvajati. Proizvodnja se začne z odvzemom pacientovih celic T s postopkom, imenovanim afereza. Celice nato izolirajo, gensko spremenijo z uporabo virusnih vektorjev, namnožijo v specializiranih laboratorijih in vrnejo pacientu. Celoten postopek običajno traja približno dva tedna in zahteva namensko proizvodno opremo za vsakega posameznega pacienta.
Ta izrazito personalizirani način proizvodnje je eden glavnih razlogov za visoko ceno terapije. Skupni stroški zdravljenja lahko ob vključitvi hospitalizacije in intenzivnega spremljanja presežejo več sto tisoč evrov. Zato se dostopnost med državami razlikuje kljub temu, da so terapije regulatorno odobrene.
Da bi rešili ta izziv, raziskovalci razvijajo izdelke »s police« (angl. off-the-shelf), ki bi jih bilo mogoče proizvesti vnaprej in ne posebej za vsakega pacienta. Druge skupine raziskujejo še ambicioznejše pristope, vključno s tehnologijami, ki bi omogočile nastanek celic CAR-T neposredno v pacientovem telesu in s tem potencialno odpravile zapletene proizvodne postopke. Ti pristopi so še vedno predmet intenzivnih raziskav, zlasti zato, ker je treba skrbno obravnavati vprašanja varnosti.
Naslednja meja: solidni tumorji in širše
Čeprav je terapija CAR-T revolucionarno spremenila zdravljenje nekaterih krvnih rakov, solidni tumorji ostajajo eden največjih izzivov na tem področju. Za razliko od krvnih rakov imajo solidni tumorji redko popolnoma specifične tarče, zato je tveganje za poškodbo zdravih tkiv večje. Ustvarjajo tudi imunosupresivno tumorsko mikrookolje, ki lahko omeji delovanje imunskih celic.
Raziskovalci se na te težave odzivajo z vedno naprednejšimi inženirskimi pristopi. Mednje sodijo receptorji CAR, ki prepoznavajo dve ali več tumorskih tarč, programabilni receptorji CAR z »logičnimi vrati«, ki se aktivirajo le pod določenimi pogoji, varnostna stikala, s katerimi bi lahko zdravniki terapijo po potrebi izključili, ter izboljšani receptorji, zasnovani tako, da zmanjšajo izčrpavanje celic. Priporočamo ogled tega videoposnetka o tem, kako je mogoče celice CAR-T programirati za boj proti raku.
Tehnologija se širi tudi zunaj onkologije. Ker lahko celice CAR-T zelo učinkovito odstranijo celice B, raziskovalci preučujejo njihovo uporabo pri hudih avtoimunskih boleznih, pri katerih napačno usmerjeni imunski odzivi povzročajo poškodbe tkiv. To ponazarja širši trend na področju celičnih terapij: rešitve, ki so bile sprva razvite za zdravljenje raka, bi lahko v prihodnosti koristile pacientom s številnimi kroničnimi boleznimi.
Na Kemijskem inštitutu znanstveniki prispevajo k temu napredku s preoblikovanjem različnih komponent receptorjev CAR, od domen za prepoznavanje antigenov do signalnih elementov, ki določajo, kako močno in kako dolgo se gensko spremenjene celice odzivajo. Strojno učenje in proteinsko inženirstvo imata pri teh prizadevanjih vse pomembnejšo vlogo ter odpirata možnosti za razvoj natančnejših in učinkovitejših terapij naslednje generacije.
Zaključek
Terapija CAR-T je pokazala, da lahko žive celice delujejo kot zdravila. Z reprogramiranjem pacientovega lastnega imunskega sistema so raziskovalci razvili načine zdravljenja, ki lahko povzročijo dolgotrajne odzive pri rakih, za katere je bilo prej na voljo zelo malo možnosti zdravljenja. Čeprav številni izzivi ostajajo, zlasti pri proizvodnji, stroških in zdravljenju solidnih tumorjev, napredek v sintezni biologiji, genskem inženirstvu in celični terapiji še naprej pospešuje razvoj tega področja.
Področje se razvija izjemno hitro, naslednja generacija tehnologij CAR-T pa bi lahko omogočila varnejše in cenovno dostopnejše terapije ter njihovo uporabo pri bistveno večjem številu bolezni. Tini Fink se zahvaljujemo za pronicljivo predavanje in celovit pregled enega najbolj vznemirljivih dosežkov sodobne biomedicinske znanosti.