برنامه‌ریزی سیستم ایمنی برای افزایش درمان‌های سلول سرطانی

اولین ژن درمانی تایید شده توسط FDA داروهای زنده هستند: سلول های ایمنی گرفته شده از بیماران سرطانی که برای هدف قرار دادن سلول های تومور مهندسی شده اند. با این حال، برای بسیاری از بیماران، این درمان های پیشرفته منجر به بهبودی طولانی مدت نمی شود. اکنون، دانشمندان مرکز ژنوم نیویورک و دانشگاه نیویورک یک پلت فرم غربالگری ژنتیکی برای شناسایی ژن‌هایی ایجاد کرده‌اند که می‌توانند سلول‌های ایمنی را تقویت کرده و آنها را پایدارتر کرده و توانایی آن‌ها را برای ریشه‌کن کردن سلول‌های تومور افزایش دهد.

در مجله طبیعتمحققان کشف برنامه‌های ژن مصنوعی را توصیف می‌کنند که نوع خاصی از سلول‌های ایمنی به نام سلول‌های T را عمیقاً دوباره سیم‌کشی می‌کنند و آنها را در یافتن و مبارزه با سلول‌های سرطانی مؤثرتر می‌سازند. تیم تحقیقاتی به رهبری نویل سانجانا، دکترا، عضو هیئت علمی در مرکز ژنوم نیویورک، استادیار زیست شناسی در دانشگاه نیویورک، و استادیار علوم اعصاب و فیزیولوژی در دانشکده پزشکی دانشگاه گروسمن نیویورک، این تاثیر را مشخص کردند. نزدیک به 12000 ژن مختلف در چندین زیر مجموعه سلول T از اهداکنندگان انسانی. هدف از این غربالگری ژنتیکی در مقیاس بزرگ شناسایی دقیق ژن‌هایی بود که سلول‌های T را قادر به تکثیر می‌کنند و درک اینکه چگونه این ژن‌ها بر دیگر جنبه‌های عملکرد سلول‌های ایمنی مربوط به مبارزه با سرطان تأثیر می‌گذارند.

تلاش‌های قبلی برای مهندسی سلول‌های T بر هدف‌گیری انواع تومورهای خاص با انتخاب دقیق سرطان یا پروتئین‌های خاص بافت (آنتی‌ژن) متمرکز شده‌اند. از زمانی که بیش از 30 سال پیش برای اولین بار ساخته شد، درمان با گیرنده آنتی ژن کایمریک (CAR)-T سلولی در هدف قرار دادن سلول های سرطانی خون بسیار موثر بوده و در نتیجه چندین درمان CAR-T مورد تایید FDA است. سلول‌های CAR-T گیرنده‌های آنتی ژنی روی سطح خود دارند که پروتئین‌های خاص موجود در سلول‌های سرطانی را شناسایی می‌کنند تا آنها را هدف قرار داده و از بین ببرند. برخی از بیماران حتی یک دهه پس از درمان با سلول های CAR-T عاری از سرطان هستند، زیرا سلول های T معرفی شده سال ها قبل هنوز کار خود را انجام می دهند. اما یکی از چالش‌های عمده‌ای که علم زیست‌پزشکی با آن مواجه است، درک این موضوع است که چرا اکثریت بزرگی از بیماران سرطانی که سلول‌های CAR-T دریافت می‌کنند موفق به بهبودی پایدار نمی‌شوند.

دکتر سانجانا، نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح داد: “تا به امروز، مهندسی ژنتیک سلول های T بر روی یافتن آنتی ژن های جدید یا CAR های جدید متمرکز شده است. ما رویکردی کاملا متفاوت را در پیش گرفتیم: به جای تغییر آنتی بادی، فکر کردیم چرا سعی نکنیم. افزودن ژن‌هایی که سلول‌های T را به جنگجویان سرطانی تهاجمی‌تر تبدیل می‌کنند؟ این ژن‌های اصلاح‌کننده در سرطان‌های خون بسیار خوب عمل می‌کنند، و ما معتقدیم که احتمالا برای آنتی‌ژن‌های متعدد و در تومورهای جامد کار خواهند کرد.”

با ترکیب ژن های اصلاح کننده شناسایی شده در صفحه نمایش با CAR های موجود، محققان توانستند سلول های T را مهندسی کنند که در از بین بردن سلول های تومور موثرتر بودند. یک ژن اصلاح‌کننده خاص، گیرنده لنفوتوکسین بتا (LTBR)، مانند چشمه مولکولی جوانی عمل می‌کند: با LTBR، سلول‌های T تکثیر می‌شوند، نسبت بیشتری از سلول‌های جوان‌تر و بیشتر شبیه سلول‌های بنیادی دارند و در طول زمان در برابر فرسودگی مقاومت می‌کنند. افزودن LTBR همچنین باعث شد که سلول های T سیتوکین های بیشتری ترشح کنند که برای فعالیت ضد توموری سلول های T حیاتی هستند. سیتوکین ها نقش اساسی در توانمندسازی سلول های T برای برقراری ارتباط بهتر با سایر سلول های ایمنی بدن و حملات هماهنگ به سرطان دارند. جالب اینجاست که LTBR به طور معمول در سلول‌های T بیان نمی‌شود، که قدرت صفحه نمایش در مقیاس ژنوم را برای یافتن ژن‌هایی که برنامه‌های سلولی کاملاً جدید را فعال می‌کنند برجسته می‌کند.

Mateusz نویسنده اول این مطالعه گفت: “هدف ما استفاده از ایمونوتراپی های موجود و بهبود آنها بود. ما شگفت زده شدیم که LTBR به طور قابل توجهی درمان های CAR را تقویت می کند. این یک گام مهم رو به جلو به سمت توسعه نسل بعدی درمان با سلول های CAR-T است.” Legut، Ph.D.، عضو فوق دکتری در آزمایشگاه Sanjana. تیم تحقیقاتی دریافتند که افزودن LTBR ژنوم سلول T را دوباره سیم کشی می کند و باعث بیان بسیاری از ژن های دیگر می شود که عملکرد سلول T را تقویت می کنند. این تیم توانست به سرعت اثرات LTBR و ژن‌های اصلاح‌کننده مشابه را با ترکیب صفحه‌نمایش بیان بیش از حد ژن با ژنومیک تک سلولی درک کند. روش جدیدی که آنها توسعه دادند -OverCITE-seq- به محققان این امکان را داد تا تأثیر ژن‌های اصلاح‌کننده مختلف را بر روی حالت‌های سلولی سلول‌های T آزمایش کنند که شامل بیان هر ژن، پروتئین‌های تزئین‌کننده سطح سلول و سلول T منحصربه‌فرد است. گیرنده های بیان شده توسط هر سلول (کلونوتیپ). OverCITE-seq به محققان تصویر دقیقی از چگونگی افزایش فعالیت سلول‌های T توسط هر ژن تعدیل‌کننده ارائه داد و این کار را برای همه ژن‌های دارای رتبه برتر در یک آزمایش تک سلولی انجام داد. برای LTBR، این سرنخ اولیه به دست داد که تعداد زیادی از ژن ها در حال تغییر هستند، و محققان را به شناسایی بیشتر تعدیل کننده بیان ژن به نام NF-kB هدایت کرد که باعث بسیاری از این تغییرات می شود. این برنامه‌ریزی مجدد عمیق مبتنی بر LTBR در سلول‌های T غیر متعارف مانند سلول‌های T γδ نیز دیده می‌شود که در فراوانی کمتری نسبت به سلول‌های T معمولی وجود دارند اما می‌توانند مجموعه متنوع‌تری از تومورها را هدف قرار دهند.

هیجان‌انگیزترین جنبه نشان دادن این است که LTBR و سایر ژن‌های بسیار رتبه‌بندی شده، پاسخ‌های اختصاصی آنتی‌ژن سلول‌های T گیرنده آنتی‌ژن کایمریک و سلول‌های γδ T را بهبود می‌بخشند. اگر در شرایط آزمایشگاهی و در آزمایش‌های بالینی تایید شود، ممکن است پیامدهای عمیقی برای CAR- آینده داشته باشد. درمان با سلول های T هم در بدخیمی های لنفاوی و هم در سایر سرطان ها. دکتر کاترین دیفنباخ، یکی از نویسندگان این مطالعه، دانشیار گروه پزشکی در دانشکده پزشکی گروسمن نیویورک و مدیر برنامه لنفوم بالینی در مرکز سرطان پرلموتر دانشگاه نیویورک، گفت. این تیم همچنین چندین اصلاح‌کننده ژنتیکی با رتبه‌بندی بالا را با خودروهای مشابه دو روش درمانی مورد تایید FDA برای سرطان خون ترکیب کردند: tisagenlecleucel (Kymriah) و axicabtagene ciloleucel (Yescarta). تقریباً همه اصلاح‌کننده‌ها پاسخ‌های CAR-T را تقویت کردند، از جمله LTBR. از آنجایی که سلول‌های T بیماران سرطانی در مقایسه با سلول‌های T اهداکنندگان سالم در وضعیت بدی قرار دارند، محققان می‌خواستند توانایی LTBR را برای جوان‌سازی سلول‌های T بیماران سرطانی نیز آزمایش کنند. آنها LTBR را همراه با یک CAR به سلول‌های T ناکارآمد از بیماران مبتلا به لنفوم سلول B منتشر، سرطان خون اضافه کردند و تقویت مشابهی در عملکرد سلول‌های T یافتند که نشان می‌دهد این فناوری می‌تواند به عنوان یک درمان بهینه در کلینیک عمل کند.

اندرو سیول، دکترا، متخصص سلول‌های T و ایمونوتراپی از دانشکده پزشکی دانشگاه کاردیف که در این مطالعه شرکت نداشت، خاطرنشان کرد: غربالگری افزایش عملکرد در سلول‌های T پتانسیل زیادی برای کشف چگونگی بیشتر کردن ایمنی‌درمانی دارد. موفقیت آمیز – به خصوص در سرطان های جامد که در آن درمان های فعلی سلول های CAR T به خوبی کار نمی کنند.” تیم تحقیقاتی همچنین نشان داد که سلول‌های T تقویت‌شده با ژن‌های اصلاح‌کننده بهتر می‌توانند نه تنها سرطان خون، بلکه سلول‌های سرطان پانکراس را نیز از بین ببرند. این نتایج نه تنها برای ایجاد یک پانل بزرگتر از درمان های پیشرفته CAR-T برای سرطان های خون، بلکه برای نقش کلیدی که می توانند در هدف قرار دادن تومورهای جامد ایفا کنند، تشویق می کند، زمینه ای که در آن ایجاد ایمونوتراپی کارآمد CAR-T چالش برانگیزتر بوده است.

علاوه بر دکتر. لگوت، دیفن باخ و سانجانا، تیم تحقیقاتی شامل نویسندگانی از آزمایشگاه سانجانا، آزمایشگاه نوآوری فناوری NYGC، و آزمایشگاه ترزا داوولی، دکترا، در دانشکده پزشکی NYU گروسمن بود. آزمایشگاه Sanjana بر توسعه ویرایش ژن های جدید و فن آوری های ژنومی عملکردی برای کاهش شکست بالای ایمنی درمانی های فعلی و ساخت نسل بعدی درمان متمرکز شده است. از آنجایی که ژن‌های اصلاح‌کننده جدید مانند LTBR می‌توانند با درمان‌های CAR-T از قبل تأیید شده کار کنند، این تحقیق پتانسیل روشنی برای حرکت از یک نیمکت به بالین و بهبود نتایج برای بیماران سرطانی در سراسر جهان دارد.

ارائه شده توسط مرکز ژنوم نیویورک