واژگان مهم
- ACT: adoptive T cell transfer
- CAR: chimeric antigen receptor
- TILs: tumor-infiltrating lymphocytes
- TCR: T cell receptor
- MHC: major histocompatibility complex
- BCMA: B cell maturation antigen
- scFV: single-chain variable fragment
- EGFRvIII: epidermal growth factor receptor
- CRS: cytokine release syndrome
انطباق سلول T تطبیق شده (ACT) حوزه جدیدی از پزشکی پیوند است که شامل تزریق لنفوسیت ها برای واسطه اثرات ضد توموری، ضد ویروسی یا ضد التهابی است. بکارگیری روش‌های جدید در محیط کشت و روش‌های مهندسی سلولی برای انتقال سلول‌های (ACT)T، پاسخ‌های بالینی بادوام به سرطان‌های مقاوم به درمان های جدید، به دست آورده است که قدرت و پتانسیل این روش را آشکار می‌کند. سلول های T اتولوگ برای بیان گیرنده آنتی ژن کایمریک (CAR) خاص مهندسی شده برای درمان لوسمی لنفوبلاستیک حاد مقاوم به سلول های B و لنفوم سلول هایB منتشر، به وسیله مولکول‌های CD19 موجود در لنفوسیتB، به تازگی تایید و مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
سه شکل ازدرمان های ACT، شامل لنفوسیت‌های نفوذکننده تومور (TILs)، سلول‌های T گیرنده (TCR) و سلول‌های CAR T که برای درمان سرطان، در حال توسعه است. نتایج درمان TILs در کارآزمایی های بالینی نشان دهنده ایجاد پاسخ‌های کامل و بادوام را در بیماران مبتلا به ملانوم متاستاتیک به وسیله هدف قرار دادن نئوآنتی ژن ها در ملانوم است. همچنین برای درمان های TCR و CAR شرکت‌های داروسازی و بیوتکنولوژی در حال تجاری سازی این نوع جدید از درمان های ACT هستند.
مهندسی ژنتیکی سلول هایT: TCR در برابر ایمونوتراپی سلول های CAR T
TCR ها از یک زنجیره a و bتشکیل شده اند که از طریق پیوند غیر کووالانسی به کمپلکس CD3 بر روی سطح T cell مرتبط است. فعال شدن سلول‌های T زمانی اتفاق می‌افتد که TCR، پپتیدهای غیر کووالانسی متصل به MHC موجود در سطح سلول های ارائه دهنده آنتی‌ژن یا سلول های تومور را شناسایی کند.
CARها در برابر برخی محدودیت های TCR های مهندسی شده ، مانند نیاز به بیان MHC، تطبیق MHC و هزینه ها درمان بهبود یافته تری می‌باشد. گروه هایی نشان دادند که این نوع گیرنده مولکولی مصنوعی، میتواند شناساییMHC های مستقل را توسط سلول های T فعال کند. عدم وابستگی شناسایی CAR به محدودیت های MHC ، مزیت اساسی درمان ضد توموری سلول‌های CAR T می‌باشد، زیرا مکانیسم اصلی فرار ایمنی توسط سلول های سرطان، عدم توانایی ارائه آنتی ژن مرتبط با MHC توسط سلول های تومور است. یکی از محدودیت های استراتژی های فعلی درمان سلول های CAR T این است که آنها به اهدافی موجود در سطح سلول های تومور نیاز دارند.
شکل 1. سلول‌های T را می‌توان با معرفی پروتئین‌های دستکاری شده TCR (سمت چپ) یا CAR (راست) هدایت کرد تا ویژگی تومورها را داشته باشند. CAR ها پروتئین های هستند که از یک بخش خارج سلولی که معمولاً از یک آنتی بادی و ماژول های سیگنال دهی درون سلولی (مشتق شده از پروتئین های سیگنال دهنده سلول T) تشکیل شده است. CARهای نسل اول حاوی CD3z هستند، در حالی که CARهای نسل دوم دارای یک endodomain تحریک کننده (مانند CD28 یا 4-1BB) هستند که با CD3z ترکیب شده اند. CARهای نسل سوم از دو حوزه تحریک‌کننده مرتبط با CD3z تشکیل شده‌اند. ( scFv= قطعه متغیر تک زنجیره ای؛ VH= زنجیره سنگین متغیر؛ VL=زنجیره سبک متغیر)
بدخیمی های B cell: موفقیت غیرمنتظره درمان سلول های CAR T
نتایج حاصل از آزمایش‌های بالینی اولیه با استفاده از طرح‌های نسل اول CAR در بیماران مبتلا به انواع مختلفی از سرطان‌ها ناامیدکننده بود. با این حال در آزمایشات بعدی سلول‌های CAR T نسل دوم که CD19 را هدف قرار می‌دادند، به عنوان الگوی اصلی برای درمان‌های مهندسی شده با سلول T در سرطان ظهور کردند.
چندین ویژگی CD19 را به یک هدف تقریبا ایده آل تبدیل می کند.
- تظاهرات مکرر و میزان بیان بالا در بدخیمی های سلول های B را نشان می‌دهد.
- برای رشد طبیعی سلول های B در انسان مورد نیاز است.
- خارج از دودمان B cell ها بیان نمی شوند.
اغلب بیمارانی که به صورت موفقیت آمیز توسط CD19 CARs درمان می‌شوند، دچار Aplasia[1] سلول های B جدید و همراه با حفاظت از سلول های پلاسما و ایمنی هومورال قبلی می‌شوند. از دست دادن سلول های B پس از درمان با سلول های CAR T تا حد زیادی با ایمونوگلوبولین داخل وریدی مدیریت می شود.
در مولتیپل میلوما، بیان پایین CD19 نشان دهنده پاسخ به درمان با سلول های CD19 CAR T است. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که تعدادی از CAR ها آنتی ژن های سلول های B بالغ در میلوم پیشرفته را نیز هدف قرار می‌دهند. تحمل واکنش های خارج از تومور تا حد زیادی به انواع سلول های غیر سرطانی که هدف قرار می گیرند بستگی دارد.
اکثر بیماران مبتلا به لوسمی عود کننده پس از درمان با سلول های CAR T اختصاصی CD19 به بهبودی کامل می رسند. در بیماران مبتلا به لوسمی حاد، به نظر می رسد از دست دادن اپی توپ آنتی ژنی در CD19 که توسط سلول های CAR T هدف قرار می گیرد، مکانیسم غالب فرار تومور باشد. مقاومت لوسمی لنفوسیتی مزمن (CLL) به این درمان احتمالاً به دلیل عدم تکثیر سلول های CAR T می‌باشد.
CAR T فراتر از سلول های B
فناوری سلول های CAR T کاربردهای گسترده و فراتری از CD19 دارد. آزمایشات بالینی نشان می‌دهد سلول های CAR T(BCMA و CD22) را هدف قرار می دهند، بدین ترتیب درمان ضد تومور قوی مشابهی را در مولتیپل میلوما و لوسمی لنفوبلاستیک حاد نشان می‌دهند. BCMA و CD22، مانند CD19، محدود به دودمان B cells هستند، بافتی که می تواند با سمیت کنترل شده هدف قرار گیرد. تاکنون در تلاش‌ها برای هدف قرار دادن آنتی ژن های مرتبط با تومور در تومورهای جامد موفقیت‌های زیادی کسب نشده است.
پروتئین ERBB2/HER2 یک گیرنده تیروزین کیناز است که معمولا در سرطان بیش‌ازحد بیان می شود و یک هدف بالقوه برای آنتی بادی یا ترکیب آنتی بادی-دارو است. اما درمان با سلول های CAR T با هدف قرار دادن ERBB2/HER2، به سمیتی کشنده در اولین بیمار تحت درمان منجر شد. با استفاده از یک CAR نسل سوم همراه با یک scFV با میل ترکیبی بالا مشخص شد که سمیت، ظاهراً ناشی از شناسایی و کشتن سلول های ERBB2 مثبت بیان شده با تراکم کم در سطح سلول های اپیتلیوم ریه است که باعث تحریک نارسایی ریوی و آزادسازی سایتوکین می شود.
تزریق موضعی-منطقه‌ای درمان CAR T cells با هدف قرار دادن گیرنده a2 اینترلوکین (IL-13) بر روی گلیوبلاستوما مولتی‌فرم، فعالیت روی هدف را بدون سمیت قابل‌توجهی که در صورت تزریق داخل وریدی مورد انتظار بود، نشان داد که افزایش شاخص درمانی در صورت تزریق مستقیم داخل تومور برای برخی آنتی ژن ها رخ می‌دهد.
درمان با سلول های CAR T که آنتی ژن اختصاصی تومور را هدف قرار می دهد، نوعی اتصال متناوب گیرنده فاکتور رشد اپیدرمی (EGFRvIII)، نشان می‌دهد. اما از دست دادن آنتی ژن EGFRvIII در داخل تومور نیز در برخی از افراد تحت درمان مشاهده شد. این امر نشان دهنده نیاز به هدف قرار دادن آنتی ژن های متعدد برای جلوگیری از فرار آنتی ژن را بیان می‌کند.
محیط تومور باعث ایجاد موانع بیشتری برای کاربرد موفقیت آمیز ACT، به ویژه در تومورهای جامد ایجاد می‌شود. مسیرهای توصیف شده ای که ایمنی T cells را در تومورها مهار می کنند شامل نقاط بازرسی ایمنی (مثل بیان PD-L1، لیگاندی برای گیرنده مرگ برنامه ریزی شده)، تغییرات در محیط متابولیک تومور(مانند هیپوکسی یا بیان ایندولامین 1 اکسیداز و آرژیناز)، سلول های T تنظیمی و سلول های میلوئیدی سرکوب کننده می‌باشد.
بسیاری از این نقاط بازرسی ایمونولوژیک و متابولیک در تومورها پس از درمان ACT افزایش می‌یابند که نشان‌دهنده مقاومت تطبیقی است. علاوه بر ترکیب با سایر مهارکننده‌های ایست بازرسی، روش‌های جایگزین برای ایجاد اختلال در این مسیرهای سرکوب‌کننده، مانند گیرنده‌های سوئیچ یا ویرایش ژن، نیز تحت مطالعه هستند.
سمیت در درمان CAR T cell
اگرچه CRS یک سمیت مورد انتظار با ایمونوتراپی سلول T بود، اما عوارض عصبی غیرمنتظره با شدت خفیف تا تهدید کننده زندگی نیز در مطالعات بالینی مختلف با سلول‌های CAR T اختصاصی CD19 و BCMA گزارش شده است. سمیت های عصبی توصیف شده با سلول های CAR T اختصاصی CD19 تا حد زیادی قابل برگشت بوده اند. مکانیسم های زیربنایی CRS با واسطه ایمونوتراپی سلول T و ادم مغزی به خوبی شناخته نشده اند.
شکل 2. درمان سلول های CAR T با سندرم آزادسازی سیتوکین و سمیت عصبی همراه است. سندرم آزادسازی سیتوکین با سلول های CAR که CD19 یا BCMA را هدف قرار می دهند رخ داده است. هنگامی که سلول CAR T با آنتی ژن های جایگزین درگیر می شود، انواع سیتوکین ها و کموکاین ها را آزاد می کند. ماکروفاژها و سایر سلول های سیستم ایمنی ذاتی نیز فعال می شوند و به آزادسازی واسطه ها کمک می کنند. سلول‌های CAR T به طور معمول در مایع نخاعی مغزی مشاهده می‌شوند و سیتوکین‌ها ممکن است نفوذپذیری به واسطه‌های محلول را افزایش دهند و اجازه افزایش انتقال سلول‌های CAR T و سایر لنفوسیت‌ها به پارانشیم سیستم عصبی مرکزی را بدهند. ( IFN= اینترفرون؛ AST= آسپارتات آمینوترانسفراز؛ ALT= آلانین آمینوترانسفراز)
استفاده از مهندسی سلول در طراحی سلول های T
قدرت اتصال بین لیگاند و گیرنده آن (میل ترکیبی) یک پارامتر بیوفیزیکی اساسی است که بر نتیجه اکثر سیگنال دهی گیرنده تأثیر می گذارد. مشخص کردن میل ترکیبی یک TCR منفرد برای پپتید هم ریشه آن که در MHC (pMHC) ارائه شده است پیچیده است.
نقش میل ترکیبی TCR به طور ویژه در آنتی ژن های سرطان بیضه مهم می‌باشد زیرا که بر خلاف آنتی ژن های خارجی، خود آنتی ژن های غیرجهش یافته هستند که (احتمالاً) درجاتی از مقاومت به درمان را در آنها به وجود آورده است.
همچنین می‌توان از مهندسی میل ترکیبی در طراحی CAR برای افزایش قدرت ضد توموری سلول‌های CAR T و تعدیل سمیت هدف، در خارج از تومور استفاده کرد.
متأسفانه ایجاد استانداردهای تعریف شده و طراحی مهندسی سلولی تا حد زیادی تجربی باقی مانده است. در بسیاری از موارد، پیامدهای عملکردی نیز به طور کامل در آزمایش‌های بالینی آشکار نیست، که این موضوع فرآیند طراحی را پیچیده‌تر می‌کند.
سلول های CAR T آلوژنیک
اهداکننده آلوژنیک یا سلول های T “جهانی” سلول های CART جهانی مشتق شده از اهداکنندگان سالم این پتانسیل را دارند که بر بسیاری از نقص های ایمنی مرتبط با درمان سرطان غلبه کنند. علاوه بر این، استفاده از درمان‌های جهانی سلول‌های CAR T ممکن است فرصت‌هایی را برای ساده‌سازی ساخت سلول‌های مهندسی‌شده فراهم کند، و درمان سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر را در مقایسه با سلول‌های T اتولوگ اختصاصی بیمار تسهیل کند.
با توجه به پیشرفت‌های موجود در این زمینه، این احتمال وجود دارد که سلول های CAR T جهانی به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، سوال اصلی باقی مانده این است که آیا این رویکرد به اندازه کافی قوی خواهد بود تا به عنوان یک درمان مستقل عمل کند، یا اینکه به عنوان پلی برای درمان قطعی، مانند پیوند سلول های بنیادی یا درمان با سلول های CAR T اتولوگ عمل می کند.
ویرایش ژنوم و درمان‌های CAR چند منظوره
بسیاری از فناوری‌ها می‌توانند شکاف‌های هدفمند دو رشته‌ای را در DNA ایجاد کنند، که اجازه ایجاد جهش‌های درج یا حذف را می‌دهند، که در اغلب موارد هدف از این کار غیر فعال سازی ژن مورد نظراست. ترمیم همسان رشته های DNA می تواند برای جاگذاری ژن های مورد نظر در محل مورد نظر استفاده شود. ابزارهای بسیاری برای ویرایش ژنومی وجود دارد که از این فناوری‌ها با موفقیت در مهندسی سلول‌های T استفاده شده است.
ویرایش ژنوم انسانی فرصتی برای حذف سیگنال‌های سرکوب‌کننده ایمنی، افزایش عملکرد سلول‌های T و احتمالاً بدون سمیت ارائه می‌کند. ویرایش ژن همچنین برای از بین بردن ژن‌هایی برای اهداف CAR که توسط سلول T بیان می‌شوند، استفاده شده است که ممکن است آنتی‌ژن‌های مرتبط با تومور را مورد هدف قرار دهد.
رویکردهای مبتنی بر آنتی ژن منفرد در توانایی آنها برای تمایز سلول های تومور از بافت سالم محدود است. برای ارائه ویژگی افزایش یافته به تومورها، رویکردهای سنجش ترکیبی به طور فزاینده ای در حال توسعه هستند که دو یا چند آنتی ژن را هدف قرار می دهند. درک ویژگی های فارماکوکینتیک بیان CAR در سیستم های ترکیبی سنجش آنتی ژن مهم خواهد بود زیرا نقل و انتقال بین بخش های فیزیولوژیک می تواند ظرف چند ساعت پس از تزریق CAR رخ دهد و ممکن است سلول های بیان کننده CAR باعث ایجاد مسمومیت شوند. زمانی که سلول ها بیان را حفظ می کنند.
برای کاهش خطر احتمالی واکنش خودایمنی مرتبط با ACT، سیستم‌های مولکولی مصنوعی برای دستیابی به مرگ القایی سلول‌هایT مهندسی‌شده است که اغلب «سوئیچ‌های خودکشی» نامیده می‌شوند.
شکل 3. در این شکل مکانیسم عملکردی درمان CAR T cell را مشاهده می کنید.
برنامه و فرصت های آینده
ظهور درمان سلول های CAR T برای لوسمی و لنفوم از منظرهای مختلف قابل توجه است. مهمترین بخش ارائه سلول‌های CAR T به عنوان اولین شکل درمان انتقال ژن است. اما به دلیل خطر CRS و سمیت‌های عصبی، درمان سلول‌های CAR T به طور مشروط با ارزیابی ریسک و استراتژی کاهش تأیید شدند.
اگرچه درمان سلول‌های CAR T در حال تغییر مدیریت بدخیمی‌های هماتولوژیک هستند، اما هنوز موانع زیادی برای بکارگیری موفقیت‌آمیز این رویکردهای درمانی به طور گسترده‌تر برای تومورهای جامد وجود دارد. پیشرفت‌های مداوم در مهندسی لنفوسیت T، ویرایش ژن و ساخت سلول، پتانسیل گسترش درمان مبتنی بر سلول‌های T همچون درمان های مبتنی بر انواع سلول های سلول های بنیادی پرتوان القایی، سلول های بنیادی خون ساز و سلول های NKرا ارائه می‌دهد. همچنین بهره گیری از این فناوری در تقویت کاربردهای جدید در بیماری های عفونی، پیوند اعضا و خودایمنی را نیز میتواند پیش بینی کرد.
منبع: ایمونوتراپی CAR T cells در سرطان های انسانی
[1] به معنای تشکیل نشدن یا فقدان یک اندام یا قسمتی از یک اندام یا یک بافت
