เปลี่ยน "เกราะ" ของเนื้องอกให้เป็นอาวุธป้องกันตัวมันเอง

ตามคำกล่าวของปีเตอร์ อินซิโอ หว่อง กล่าวว่า เซลล์เนื้องอกมีความ “ฉลาดแกมโกง” พวกมันมีวิธีการอันชั่วร้ายในการหลบเลี่ยงการตอบสนองภูมิคุ้มกันของมนุษย์ที่ต่อสู้กับผู้บุกรุกที่เป็นมะเร็งเหล่านี้ เซลล์เนื้องอกแสดงโมเลกุลลิแกนด์แห่งความตายที่ 1 (PD-L1) ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันที่กดเซลล์ภูมิคุ้มกันของเรา สร้างอุปสรรคต่อภูมิคุ้มกันบำบัดมะเร็งเป้าหมาย ภูมิคุ้มกันบำบัด.

หวาง ผู้ดำรงตำแหน่ง Alfred E. Mann Chair in Biomedical Engineering และ Dwight K. And Hildagard E. Baum Chair in Biomedical Engineering เป็นผู้นำห้องปฏิบัติการที่อุทิศตนเพื่อบุกเบิกการวิจัยเกี่ยวกับภูมิคุ้มกันบำบัดที่ออกแบบขึ้นโดยใช้ระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์เพื่อสร้างคลังอาวุธในอนาคตในการต่อสู้กับมะเร็ง

นักวิจัยในห้องปฏิบัติการของหวางได้พัฒนาแนวทางใหม่ที่เปลี่ยนกลไกการป้องกันอันร้ายกาจของเซลล์เนื้องอกให้ต่อต้านตัวเอง โดยเปลี่ยนโมเลกุล "เกราะป้องกัน" เหล่านี้ให้กลายเป็นเป้าหมายสำหรับเซลล์ T ของตัวรับแอนติเจนไคเมอริก (CAR) ของห้องปฏิบัติการของหวาง ซึ่งได้รับการตั้งโปรแกรมให้โจมตีมะเร็ง

p>

งานวิจัยซึ่งดำเนินการโดยนักวิจัยหลังปริญญาเอก Lingshan Zhu จากห้องทดลองของ Wang ร่วมกับ Wang นักวิจัยหลังปริญญาเอก Longwei Liu และผู้เขียนร่วม ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ACS Nano

การบำบัดด้วยเซลล์ CAR T เป็นการรักษามะเร็งที่ปฏิวัติวงการ โดยเซลล์ T ซึ่งเป็นเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดหนึ่ง จะถูกแยกออกจากตัวผู้ป่วยและติดตั้งตัวรับแอนติเจนไคเมอริก (CAR) เฉพาะตัว CAR จับกับแอนติเจนที่เกี่ยวข้องกับเซลล์มะเร็ง โดยสั่งให้เซลล์ T ทำลายเซลล์มะเร็ง

ผลงานล่าสุดของแล็บของหวังคือการออกแบบโมโนบอดีสำหรับเซลล์ T ของ CAR ซึ่งทีมงานเรียกว่า PDbody โดยจับกับโปรตีน PD-L1 บนเซลล์มะเร็ง ทำให้ CAR สามารถจดจำเซลล์เนื้องอกและปิดกั้นการป้องกันของเซลล์ได้

"ลองนึกภาพว่า CAR เป็นรถจริงๆ คุณมีเครื่องยนต์และน้ำมันเบนซิน แต่คุณยังมีเบรกด้วย โดยพื้นฐานแล้ว เครื่องยนต์และน้ำมันเบนซินจะผลักดันให้ CAR T เคลื่อนที่ไปข้างหน้าและทำลายเนื้องอก แต่ PD-L1 ทำหน้าที่เป็นเบรก ซึ่งหยุดมัน" หวังกล่าว

ในงานนี้ จู หลิว หวัง และทีมงานได้ออกแบบเซลล์ T เพื่อปิดกั้นกลไก "เบรก" ที่ยับยั้งนี้ และเปลี่ยนโมเลกุล PD-L1 ให้เป็นเป้าหมายในการทำลาย

"โมเลกุลไคเมอริก PDbody-CAR นี้สามารถทำให้ CAR T ของเราโจมตี จดจำ และทำลายเนื้องอกได้ ในเวลาเดียวกัน มันจะบล็อกและป้องกันเซลล์เนื้องอกไม่ให้หยุดการโจมตีของ CAR T ดังนั้น CAR T ของเราจึงมีประสิทธิภาพมากขึ้น" หวังกล่าว

การบำบัดด้วยเซลล์ CAR T มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับมะเร็ง "ของเหลว" เช่น มะเร็งเม็ดเลือดขาว เป้าหมายของนักวิจัยคือการพัฒนาเซลล์ CAR T ขั้นสูงที่สามารถแยกแยะระหว่างเซลล์มะเร็งและเซลล์ปกติได้

ห้องทดลองของหวังกำลังสำรวจวิธีการกำหนดเป้าหมายเทคโนโลยีไปที่เนื้องอก เพื่อให้เซลล์ CAR T ถูกกระตุ้นที่บริเวณเนื้องอกโดยไม่ส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อปกติ

ในงานนี้ ทีมงานมุ่งเน้นไปที่ มะเร็งเต้านม รูปแบบรุกรานสูงที่แสดงออกถึงโปรตีน PD-L1 อย่างไรก็ตาม PD-L1 ยังแสดงออกโดยเซลล์ประเภทอื่นอีกด้วย ดังนั้น นักวิจัยจึงได้พิจารณาถึงไมโครเอ็นไวรอนเมนต์ของเนื้องอกที่มีลักษณะเฉพาะ ซึ่งก็คือเซลล์และเมทริกซ์ที่อยู่รอบๆ เนื้องอกโดยตรง เพื่อให้แน่ใจว่า PDbody ที่ออกแบบไว้จะจับกับเซลล์มะเร็งได้เฉพาะเจาะจงมากขึ้น

"เราทราบดีว่าค่า pH ของไมโครเอ็นไวรอนเมนต์ของเนื้องอกนั้นค่อนข้างต่ำ ซึ่งมีความเปรี้ยวเล็กน้อย" จูกล่าว "ดังนั้นเราจึงต้องการให้ PDbody ของเรามีความสามารถในการจับกับไมโครเอ็นไวรอนเมนต์ที่เป็นกรดได้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยให้ PDbody ของเราแยกแยะเซลล์มะเร็งออกจากเซลล์อื่นๆ ที่อยู่รอบๆ ได้"

เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการรักษา ทีมงานได้ใช้ระบบเกตทางพันธุกรรมที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะที่เรียกว่า SynNotch ซึ่งรับประกันว่าเซลล์ T ของ CAR ที่มี PDbody จะโจมตีเฉพาะเซลล์มะเร็งที่แสดงโปรตีนชนิดอื่นที่เรียกว่า CD19 เท่านั้น ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงที่เซลล์ปกติจะเกิดความเสียหาย

"พูดอย่างง่ายๆ ก็คือ เซลล์ T จะถูกกระตุ้นที่บริเวณเนื้องอกเท่านั้นด้วยระบบเกต SynNotch นี้" จูกล่าว “ไม่เพียงแต่ค่า pH จะเป็นกรดมากขึ้นเท่านั้น แต่พื้นผิวของเซลล์เนื้องอกยังกำหนดด้วยว่าเซลล์ T จะถูกกระตุ้นหรือไม่ ซึ่งทำให้เรามีระดับการควบคุมสองระดับ”

Zhu ตั้งข้อสังเกตว่าทีมงานได้ใช้แบบจำลองเมาส์ และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าระบบการปิดกั้น SynNotch จะสั่งให้เซลล์ CAR T ที่มี PDbody ทำงานเฉพาะที่บริเวณเนื้องอกเท่านั้น โดยจะฆ่าเซลล์เนื้องอกและปลอดภัยสำหรับส่วนอื่นๆ ของสัตว์

กระบวนการที่ได้รับแรงบันดาลใจจากวิวัฒนาการในการสร้าง PDbody

ทีมงานได้ใช้การคำนวณเชิงเทคนิคและได้รับแรงบันดาลใจจากกระบวนการวิวัฒนาการเพื่อสร้าง PDbody ที่กำหนดเอง วิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทางเป็นกระบวนการที่ใช้ในวิศวกรรมชีวการแพทย์เพื่อเลียนแบบกระบวนการคัดเลือกตามธรรมชาติในห้องปฏิบัติการ

นักวิจัยได้สร้างแพลตฟอร์มวิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทางด้วยคลังข้อมูลขนาดใหญ่ของโปรตีนที่ออกแบบขึ้นเพื่อค้นหาว่าเวอร์ชันใดจะมีประสิทธิภาพมากที่สุด

"เราจำเป็นต้องสร้างสิ่งที่จะจดจำ PD-L1 บนพื้นผิวของเนื้องอก" หวังกล่าว

"ด้วยการใช้วิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทาง เราเลือกการกลายพันธุ์ของโมโนบอดีที่แตกต่างกันจำนวนมากเพื่อเลือกเวอร์ชันที่จะจับกับ PD-L1 เวอร์ชันที่เลือกมีคุณสมบัติเหล่านี้ที่ไม่เพียงแต่จดจำ PD-L1 ของเนื้องอกได้เท่านั้น แต่ยังปิดกั้นกลไกการยับยั้งซึ่งมีอยู่ด้วย จากนั้นจึงสั่งให้เซลล์ CAR T ไปที่พื้นผิวของเนื้องอกเพื่อโจมตีและทำลายเซลล์เนื้องอก"

"ลองนึกดูว่าหากคุณต้องการค้นหาปลาเฉพาะเจาะจงในมหาสมุทร มันจะเป็นเรื่องยากมาก" หลิวกล่าว “แต่ตอนนี้ ด้วยแพลตฟอร์มวิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทางที่เราพัฒนาขึ้น เรามีวิธีที่จะกำหนดเป้าหมายโปรตีนเฉพาะเหล่านี้ด้วยฟังก์ชันที่ต้องการ”

ขณะนี้ทีมวิจัยกำลังศึกษาวิธีการปรับโปรตีนให้เหมาะสมเพื่อสร้างเซลล์ CAR T ที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นก่อนที่จะนำไปใช้ในทางคลินิก ซึ่งรวมถึงการรวมโปรตีนเข้ากับแอปพลิเคชันอัลตราซาวนด์แบบโฟกัสที่ล้ำสมัยของห้องแล็บของหวางเพื่อควบคุมเซลล์ CAR T จากระยะไกลเพื่อให้ทำงานที่บริเวณเนื้องอกเท่านั้น

“ตอนนี้ เรามีเครื่องมือทางพันธุกรรมมากมายในการจัดการ ควบคุม และตั้งโปรแกรมเซลล์ภูมิคุ้มกันเหล่านี้เพื่อให้มีพลังและทำงานมากที่สุดเท่าที่จะทำได้” หวางกล่าว “เราหวังว่าจะสร้างวิธีใหม่ๆ ในการกำหนดหน้าที่ของเซลล์เหล่านี้สำหรับการรักษาเนื้องอกแข็งที่ท้าทายเป็นพิเศษ”