腫瘍の「盾」を自分自身に対する武器に変える

ピーター・インシオ・ワン氏にとって、腫瘍細胞は「狡猾」です。がん細胞は、これらのがん性侵入者と戦う人間の免疫反応を回避するための邪悪な方法を持っています。腫瘍細胞は、免疫細胞を抑制する保護シールドとして機能するプログラムされた死のリガンド 1 (PD-L1) 分子を発現し、標的がん 免疫療法 の障害となります。

アルフレッド E. マン バイオメディカル エンジニアリング チェアおよびドワイト K. およびヒルダガード E. バウム バイオメディカル エンジニアリング チェアである Wang は、人間の免疫システムを利用して将来のがんとの戦いの武器を構築する工学的免疫療法の先駆的な研究に専念する研究室を率いています。

Wang の研究室の研究者は、腫瘍細胞の陰険な防御機構を自分自身に向ける新しいアプローチを開発し、これらの「シールド」分子を、がんを攻撃するようにプログラムされた Wang の研究室のキメラ抗原受容体 (CAR) T 細胞の標的に変えました。 p>

王氏の研究室のポスドク研究員であるリンシャン・チュー氏は、王氏、ポスドク研究員のロンウェイ・リウ氏、および共著者とともに、ACS Nano誌に論文を発表しました。

CAR T細胞療法は、白血球の一種であるT細胞を患者から取り出し、独自のキメラ抗原受容体（CAR）を装着する画期的ながん治療法です。 CAR はがん細胞に関連する抗原に結合し、T 細胞にがん細胞を破壊するよう指示します。

Wang 研究室の最新の研究は、CAR T 細胞用に設計されたモノボディで、チームはこれを PDbody と呼んでいます。これはがん細胞上の PD-L1 タンパク質に結合し、CAR が腫瘍細胞を認識してその防御をブロックできるようにします。

「CAR を実際の車だと想像してください。エンジンとガソリンがあります。しかし、ブレーキもあります。基本的に、エンジンとガソリンは CAR T を押して前進させ、腫瘍を破壊します。しかし、PD-L1 はブレーキとして機能し、CAR T を停止させます」と Wang 氏は述べています。

この研究では、Zhu、Liu、Wang とチームは、この抑制的な「ブレーキ」メカニズムをブロックし、PD-L1 分子を殺傷のターゲットにするように T 細胞を設計しました。

「この PDbody-CAR キメラ分子は、CAR T を攻撃し、認識し、 「CAR T 細胞は腫瘍を破壊します。同時に、腫瘍細胞が CAR T 攻撃を阻止するのを阻止します。したがって、CAR T はより強力になります」と Wang 氏は述べました。

CAR T 細胞療法は、白血病などの「液体」がんに最も効果的です。研究者の目標は、がん細胞と健康な細胞を区別できる高度な CAR T 細胞を開発することでした。

Wang 氏の研究室では、CAR T 細胞が健康な組織に影響を与えることなく腫瘍部位で活性化されるように、この技術を腫瘍にターゲットする方法を模索しています。

この研究では、チームはタンパク質 PD-L1 を発現する侵襲性の高い 乳がん に焦点を当てました。ただし、PD-L1 は他の細胞タイプでも発現しています。そのため、研究者らは、腫瘍のすぐ周囲にある細胞やマトリックスといった腫瘍特有の微小環境に注目し、設計したPDbodyがより特異的にがん細胞に結合することを確認した。

「腫瘍の微小環境のpHは比較的低く、やや酸性であることが分かっています」とZhu氏は述べた。「そのため、PDbodyが酸性の微小環境でより優れた結合能力を発揮し、PDbodyが腫瘍細胞を周囲の他の細胞と区別できるようにしたいと考えました。」

治療の精度を向上させるため、研究チームはSynNotchと呼ばれる独自の遺伝子ゲートシステムを使用した。これにより、PDbodyを持つCAR T細胞はCD19と呼ばれる別のタンパク質を発現するがん細胞のみを攻撃し、健康な細胞への損傷リスクを軽減する。

「簡単に言えば、このSynNotchゲーティングシステムのおかげで、T細胞は腫瘍部位でのみ活性化されます」とZhu氏は述べた。 「pH がより酸性になるだけでなく、腫瘍細胞の表面によって T 細胞が活性化されるかどうかが決まるため、2 つのレベルの制御が可能になります。」

Zhu 氏は、チームがマウス モデルを使用した結果、SynNotch ゲーティング システムが PDbody を持つ CAR T 細胞を腫瘍部位でのみ活性化するように指示し、腫瘍細胞を殺し、動物の他の部位には安全なままにしておくことを示したと述べました。

進化にヒントを得た PDbody の作成プロセス

チームは計算手法を使用し、進化のプロセスからヒントを得て、カスタム PDbody を作成しました。指向性進化は、生物医学工学で自然淘汰のプロセスを実験室環境で模倣するために使用されるプロセスです。

研究者は、どのバージョンが最も効果的であるかを発見するために、設計したタンパク質の反復の巨大なライブラリを備えた指向性進化プラットフォームを作成しました。

「腫瘍表面の PD-L1 を認識するものを作成する必要がありました」と Wang 氏は述べています。

「指向性進化を使用して、多数の異なるモノボディ変異を選択し、どれが PD-L1 に結合するかを選択しました。選択されたバージョンには、腫瘍 PD-L1 を認識するだけでなく、腫瘍が持つ阻害メカニズムをブロックし、CAR T 細胞を腫瘍の表面に誘導して腫瘍細胞を攻撃して破壊できる機能があります。」

「海で非常に特定の魚を見つけたいとしたら、それは本当に難しいでしょう」と Liu 氏は述べています。 「しかし、私たちが開発した指向性進化プラットフォームにより、これらの特定のタンパク質を目的の機能に標的とする方法ができました。」

研究チームは現在、臨床応用に移る前に、タンパク質を最適化してさらに正確で効果的な CAR T 細胞を作成する方法を模索しています。これには、タンパク質を Wang 研究室の画期的な集束超音波アプリケーションと統合して、CAR T 細胞を遠隔制御し、腫瘍部位でのみ活性化させることも含まれます。

「私たちは現在、これらの免疫細胞を操作、制御、プログラムして、最大限の力と機能を発揮できるようにするためのすべての遺伝学的ツールを持っています」と Wang 氏は言います。「特に困難な固形腫瘍の治療のために、それらの機能を誘導する新しい方法を開発したいと考えています。」