Дизайнерські антитіла борються з раком, прив’язуючи імунні клітини до пухлинних клітин

Джоселін Кайзер Мей. 28, 2020, 14:00

Емі Боланд пережила багато злетів і падінь, оскільки 12 років тому вона помітила грудочки під пахвами і дізналася, що у неї рак лімфатичної системи. Приблизно 6 років звичайна хіміотерапія допомагала зменшити пухлини лімфоми, але вони знову почали рости. Послідовність інших методів лікування раку, включаючи трансплантацію кісткового мозку та клас препаратів, що називаються інгібіторами контрольних точок, або не вдалася, або лише тимчасово полегшила. Одними складними зусиллями лікарі збирали її Т-клітини, розробляли ці імунні клітини для знищення її лімфоми та вводили їх назад у своє тіло. Рак зник, але через 2 роки повернувся назад. "Нічого насправді не працювало", - каже онколог Стівен Шустер з Університету Пенсільванії (UPenn).

Тож у жовтні 2018 року Боланд приєдналася до клінічного випробування, тестуючи ще один спосіб використати свою імунну систему для знищення пухлинних клітин. Ідея випробування, яке Шустер проводить спільно, полягала в тому, щоб використовувати молекулярну мотузку, відому як біспецифічне антитіло, щоб прив’язати свої природні Т-клітини до клітин пухлини, щоб імунні воїни атакували. Подібно до інженерних Т-клітин, які вона отримувала раніше, експериментальні вливання іноді змушували її хворіти, щоб провести пару ночей у лікарні. Але антитіло швидко послало її до ремісії. Сьогодні, більше ніж через 1 рік після відмови від препарату Рош, мосунетузумаб, Боланд, якому зараз 60 років, здається вільним від раку і веде нормальне життя. «Я почуваюся по-справжньому добре. Я дуже вдячна ", - каже вона.

У поточному дослідженні Боланд брав участь у заголовках новин у грудні 2019 року. На засіданні Американського товариства гематологів Шустер повідомив, що антитіло скоротило швидкозростаючі пухлини неходжкинської лімфоми у 46 із 124 пацієнтів, у яких інші методи лікування не дали результату. Для деяких з цих людей, таких як Боланд, невдачі включали зміну імунних клітин, щоб атакувати рак. Ці сконструйовані клітини, відомі як Т-клітини химерних антигенних рецепторів (CAR), досягли чудових результатів при деяких видах раку. Однак на тій самій зустрічі дані невеликого клінічного випробування припустили, що біспецифічне антитіло може однаково добре діяти на мієлому, інший рак крові. Біспецифічні антитіла до раку є "надвисокими", - каже Дженіс Рейхерт, виконавчий директор Товариства антитіл, яка відстежувала їх розвиток.

Це кульмінація повільного кипіння. Вчені працювали над біспецифічними препаратами від раку протягом десятиліть, і перший клінічний успіх досяг 12 років тому. Цей результат запустив поле на деякий час, але інші види терапії, включаючи Т-клітини CAR, просунулись вперед, частково тому, що антитіла, які борються з раком, виявились складними для проектування та виробництва. Але зараз компанії зробили ці білкові препарати безпечнішими та потужнішими. Варіанти випробовуються в десятках клінічних випробувань, сподіваючись, що вони можуть конкурувати або перевершувати сконструйовані клітини.

"Якщо біспецифічні антитіла можуть робити те, що можуть робити Т-клітини CAR, це буде великим прогресом" і "потенційно фундаментальною зміною", - сказав гематолог медицини Джонса Хопкінса Роберт Бродський під час попереднього огляду преси для зустрічі, на якій Шустер виступив. Головною перевагою біспецифічних антитіл є те, що їх можна масово продукувати заздалегідь. ТА-клітини CAR, навпаки, повинні бути підготовлені для кожного онкологічного пацієнта. Цей процес є дорогим і для деяких дуже хворих пацієнтів займає занадто багато часу.

Ці нові гравці в імунотерапії ще не є панацеєю. Для деяких видів раку крові біспецифічні антитіла не дають пацієнтам тривалих ремісій, які часто спостерігаються при Т-клітинах CAR. Як це сталося з Т-клітинами CAR, кілька пацієнтів померли під час випробувань біспецифічних антитіл, можливо, від надмірної імунної відповіді, спричиненої наркотиками. А біспецифічні антитіла можуть виявитись менш ефективними проти солідних пухлин, таких як товста кишка та легені, ніж проти раку крові та лімфи - недолік, спільний з Т-клітинами CAR. “Є багато відкритих питань. Але це поле також швидко рухається, і над цим працює багато справді розумних людей », - говорить Пол Картер, дослідник антитіл у Genentech, дочірній компанії Roche.

Антитіла мають давню історію лікування раку. Y-подібні білки, як правило, є винищувачами патогенних мікроорганізмів, закріплюючи антиген - білок або трохи його - на вірусах, бактеріях та інших мікробах. Зв’язування, яке відбувається на кінчиках Y, може безпосередньо вимкнути та очистити патоген або може подати сигнал імунній системі атакувати його. Дослідники раку вперше навчилися використовувати цю природну систему, зробивши багато копій специфічного антитіла, яке закріплюється на антигені, унікальному для певного раку. Це означає рак для знищення іншими компонентами імунної системи, крім Т-клітин. Одними з найефективніших та найбільш продаваних препаратів проти раку є такі моноклональні антитіла, включаючи препарат для лікування раку молочної залози трастузумаб, більш відомий як Герцептин.

Новіші протиракові стратегії залучають Т-клітини. Клітини пухлини можуть здаватися досить чужорідними, щоб організм іноді «тренував» ці клітини атакувати їх. Але Т-клітини CAR, змінені для того, щоб нести рецептор, націлений на антиген ракових клітин, можуть забезпечити більш потужну відповідь. Інгібітори контрольної точки, ліки, що вивільняють молекулярні гальма, які можуть стримувати Т-клітини, також можуть посилити атаку Т-клітин.

Влиті CAR T-клітини

Терапія біспецифічними антитілами

CAR T-клітинна терапія

Орієнтована пухлинна клітина

Кров пацієнта

Виробництво клітин CAR T

Комбінований удар Біспецифічне антитіло має два плечі: одне, яке може зв’язуватися з поверхневим білком, CD3, на Т-клітині, і друге, яке зв’язується з онкомаркером або антигеном. Біспецифічний препарат з’єднує два типи клітин, щоб викликати атаку Т-клітин, при якій він руйнує клітину пухлини, виділяючи токсичну речовину. ферменти, звані гранзимами та перфоринами.

Ферменти, що руйнують клітини (гранзими та перфорини)

Т-клітинна мембрана

Мембрана ракових клітин

Дизайнерська галерея Руки типових антитіл мають однакові кінчики (світло-блакитні), які можуть зв'язуватися з пухлиною. Біспецифічні антитіла, які включають Т-клітини, також мають ділянку зв'язування (темно-синій) для імунних клітин. Варіанти включають біспецифічний зв’язок з Т-клітинами (BiTE), в якому відсутній стебло; антитіло "2 + 1", яке має два ділянки, що зв'язують один і той же антиген пухлини; і триспецифічний, який пов'язує два різні поверхневі білки на Т-клітині.

Дуельні процедури Біспецифічні антитіла - це готові препарати, що вводяться внутрішньовенно. Це простіший спосіб лікування, ніж Т-клітини химерних антигенних рецепторів (CAR), зроблені шляхом збору Т-клітин з крові пацієнта, інженерії для отримання рецепторів для пухлинного антигену, вирощування клітин та введення їх назад у пацієнта.

Біспецифічні антитіла пропонують третій спосіб використання Т-клітин. У середині 80-х років дослідники раку почали розробляти антитіла, які мали два кінчики - один відповідав антигену ракових клітин, а інший - білку на поверхні Т-клітин, який називався CD3. Ідея полягала в тому, щоб безпосередньо пов’язати Т-клітини з пухлинними клітинами, тим самим пропустивши необхідність Т-клітин навчитися атакувати рак. "Це імітує те, що відбувається природно, але перевага полягає в тому, що ви можете задіяти всі Т-клітини", а не лише тих, хто навчений атакувати пухлину, говорить Дірк Нагорсен, віце-президент і дослідник раку в Amgen. У 1985 р. Поле було гальванізовано двома повідомленнями Nature, що таке “біспецифічне” антитіло може знищити ракові клітини в посуді; дослідження незабаром показали, що ці антитіла можуть зменшувати пухлини у мишей.

Наркотики важко було виготовити. Антитіла є модульними, з двома однаковими «важкими» ланцюгами, що складають стовбур і половину кожного плеча Y, та двома однаковими «легкими» ланцюгами, кожна з яких завершує один рукав. Намагаючись зібрати біспецифічні антитіла з цих складних компонентів, білкові хіміки отримали 10 варіантів кожної молекули. Цей результат означав кропіткі зусилля, щоб відсіяти те, що хотіли дослідники.

І хвилювання згасало, коли тести біспецифічних антитіл переходили від лабораторних тварин та клітин до онкологічних хворих. У ранньому клінічному дослідженні одне антитіло зменшило лімфому. Але дослідникам довелося припинити лікування пацієнтів, перш ніж дослідження дало остаточні результати, оскільки у виробника антитіл закінчився препарат. Антитіла також іноді викликають серйозні побічні ефекти, включаючи пошкодження печінки та імунну надмірну реакцію, при якій білі кров'яні клітини викачують сигнали, звані цитокінами, які можуть бути токсичними у великих кількостях. Такі "шторми" цитокінів викликають лихоманку, а у важких випадках - пошкодження органів. (CAR-Т-клітини можуть спричинити таку саму надмірну реакцію.)

Два імунологи Мюнхенського університету імені Людвіга Максиміліана, Петер Куфер та Герт Рітмюллер, все одно просунулися вперед ідеєю, яку деякі колеги вважали невдалою: позбавлене біспецифічне антитіло з двома кінчиками, зв'язаними гнучким пептидом замість традиційного стебла. Спрощена конструкція полегшила виготовлення антитіла, але оскільки стебло відсутнє, нирки очистили його від крові протягом 2 годин. У своєму першому клінічному тесті на неходжкінську лімфому пацієнтам довелося носити насос для постійного вливання антитіл. Тим не менше, крихітні дози препарату зменшили пухлини у всіх семи хворих на лімфому в ході дослідження, яке проводив Micromet, німецький біотехнологічний центр Riethmüller. "Ми думали:" Боже мій, тут відбувається щось дивовижне ", - каже молекулярний біолог Патрік Бауерле, тоді головний науковий співробітник Micromet, який охрестив цю концепцію біспецифічним залученням Т-клітин (торгова марка BiTE).

Невелика пробна версія, опублікована в Science у 2008 році, викликала інтерес у компаній та науковців. "Усе поле зрозуміло:" Це велика справа. Ми хочемо взяти участь у цьому », - говорить Джон Дежарле, головний науковий керівник біотехнологій Xencor. Приблизно в той же час Т-клітини CAR почали демонструвати вражаючі результати у деяких хворих на лейкемію - що підвищило інтерес до інших, потенційно простіших імунотерапій, таких як біспецифічні антитіла. Подібно до Т-клітин CAR, Т-клітини, стимульовані BiTE, вивільняють токсичні молекули, звані гранзимами та перфоринами, які пробивають отвори в клітинах пухлини і змушують їх самознищуватися. "Я бачу біспецифічні речовини [такі як BiTEs] як готову Т-клітину CAR", - говорить Ілад Шарон, старший дослідник Програми оцінки терапії раку Національного інституту раку.

Перше біспецифічне антитіло проти раку було затверджено в Європі в 2009 році. Це мало на меті очистити злоякісні клітини, які спричиняють накопичення черевної рідини у деяких хворих на рак, - але це не спрацювало так добре, тому препарат залишався лише на ринку кілька років. Однак поле набрало обертів, після того, як Амген у 2012 році придбав Micromet, а пізніше показав, що його препарат BiTE, блінатумомаб (Blincyto), подвоїв час виживання пацієнтів із запущеним гострим лімфолейкозом. Починаючи з 2014 року, Управління з контролю за продуктами та ліками схвалило препарат для лікування кількох дорослих та дитячих форм захворювання. Зараз Amgen тестує BiTE на інші види раку, включаючи мієлому та рак легенів, простати та мозку.

Інші поспішили вдосконалити BiTE, використовуючи трюки білкової інженерії для створення бажаних біспецифічних антитіл. Деякі фірми відновили стовбур антитіл, відомий як рецептор Fc, завдяки чому білок довше залишається в крові - але з модифікаціями, які роблять його менш токсичним для печінки. Хворим на рак, таким як Боланд, більше не потрібно носити фанеру, що містить насос, але тепер вони можуть отримувати препарат у вигляді внутрішньовенних крапель кожні 3 тижні.

Вчені галузі також додали другу копію сайту, що зв’язує антиген пухлини, до однієї верхівки антитіла (див. Графіку вище). Відомо як біспецифічне антитіло “2 + 1”, ця особлива конструкція призначена для того, щоб зробити антитіло більш селективним щодо ракових клітин і з меншою ймовірністю орієнтуватись на здорові клітини, що несуть невелику кількість ракового антигену.

Щоб зменшити ризик спровокувати цитокінову бурю, дослідники також розробляють біспецифічні речовини, які замість Т-клітин захоплюють інший тип імунних клітин, які називаються природними вбивцями (NK). Кілька компаній розпочали або готують клінічні випробування таких антитіл, які зв'язуються з білком поверхні NK-клітини, званим CD16. "NK-клітини є дуже потужними вбивцями пухлинних клітин, якщо їх активувати, і вивільнення цитокінів значно зменшується при цьому типі клітин", - говорить Дмитро Відершайн, керівник відділу імунології раку однієї з таких компаній, Sanofi.

Зараз ці варіанти та десятки інших біспецифічних речовин легше синтезувати. "Інженерія антитіл стала настільки вишуканою, що ці молекули можна зробити досить ефективно", - каже біохімік Крістоф Радер, дослідник Scripps Research з Юпітера, штат Флорида.

За підрахунками Рейхерта, понад 60 бісспецифічних антитіл, спрямованих до Т-клітин, перебувають на ранніх або пізніших стадіях клінічних випробувань. Один з препаратів Amgen BiTE показав натяки на скорочення пухлин у кількох пацієнтів із запущеним раком передміхурової залози, повідомляла компанія минулого року.

Знімки раку Емі Боланд показали різке зникнення пухлин лімфоми від початку лікування біспецифічними антитілами (ліворуч) до 12 тижнів потому.

Тверді пухлини є складною мішенню для біспецифічних речовин, частково тому, що пухлинам часто не вистачає унікального антигену, який би захоплював антитіла. Багато пухлин також оточені кровоносними судинами, тканинами та імунними клітинами, які утворюють бар'єр Т-клітин, не можуть легко проникнути. Але результати досліджень на мишах свідчать про те, що деякі біспецифічні антитіла можуть загнати Т-клітини в пухлини, - говорить Най-Конг Ченг з Центру раку Меморіал Слоун Кеттерінг. У його лабораторії систематично видозмінюються конструктивні фактори, наприклад, як влаштовані сайти зв'язування, щоб дізнатися, що оптимізує потенцію молекул.

А деякі компанії сподіваються посилити атаку на солідні пухлини антитілами, які зв'язуються не тільки з CD3, але й з іншим рецептором Т-клітин, відомим як "другий сигнал", який стимулює клітини до росту. Протягом багатьох років, зазначає старший віце-президент Регенерона Ізраїль Лоуі, промисловість "боїться торкнутися" цього білка, який називається CD28, через руйнівну катастрофу: антитіло, призначене для його зв'язування, зробило шістьох здорових добровольців, важко хворих на синдром вивільнення цитокінів Клінічне випробування у Великобританії 2006 року.

Результати нових досліджень, однак, свідчать про те, що можна безпечно використовувати цей механізм росту клітин. Минулого року в програмі Nature Cancer команда Санофі повідомила, що "триспецифічне" антитіло з руками, що відповідають CD28, CD3, та антигеном раку знищили пухлини мієломи у мишей. Інші фірми розподілили завдання, створивши два біспецифічні фактори. Один націлений на антиген пухлини та CD28 або інший рецептор сигналу росту; інший зв’язується з пухлинним антигеном плюс CD3. "Одне з наших сподівань полягає в тому, що ця костимулююча біспецифічна речовина може допомогти нам розблокувати реакції на солідні пухлини", - говорить Лоуі, чия компанія повідомляла в Science Translational Medicine в січні, що така комбінація двох препаратів зменшила пухлини яєчників і уповільнила ріст пухлини передміхурової залози у мишей.

Чи можуть ці біспецифіки наступного покоління затьмарити Т-клітини CAR для деяких видів раку? UPenn Карл Джун, піонер CAR T-клітин, скептично налаштований. Багато хворих на лейкемію, які отримують блінатумомаб, з часом рецидивують, оскільки ракові клітини стають стійкими до препарату, зазначає він, тому онкологи використовують його головним чином як "місток", поки дуже хворий пацієнт не зможе пересадити стовбурові клітини або Т-клітини CAR. Джун додає, що біспецифічні речовини можуть не працювати у багатьох онкологічних хворих, у яких Т-клітини виснажилися або "виснажились", залишаючи занадто мало для нападу на рак. Навпаки, лікування Т-клітинами CAR поповнює імунні ряди, вирощуючи клітини поза організмом - щось, що "неможливо з біспецифічними речовинами", говорить Джун.

Шустер, який має ногу в обох таборах - він керує дослідженням Боланда і в червні проводив випробування CAR T - каже, що біспецифічні особи досі підтверджують себе. Він вказує на звіт Amgen минулого року, що деякі пацієнти з лімфомою, які добре реагували на блінатумомаб, все ще живі через 7 років, припускаючи, що вони можуть залишатися в стадії ремісії довго. "Я впевнений, що протягом найближчих 2 - 5 років ви побачите квантові стрибки у нашій здатності орієнтуватись на стійкі пухлини, включаючи тверді пухлини", - каже Шустер.

Він та інші дослідники раку розглядають Т-клітини CAR, інгібітори контрольних точок та біспецифічні антитіла як взаємозамінні. "Чому б не зробити все вищезазначене?" - запитує Шустер, який готує випробування, яке дасть пацієнтам Т-клітини CAR, а потім біспецифічний препарат. "Всі ці підходи до маніпулювання клітинною імунною системою для лікування раку є, по суті, різними засобами для досягнення однієї мети". Однак подвоєння методів лікування може бути ризикованим, проте минулого року двоє пацієнтів померли в такому дослідженні після розвитку синдрому вивільнення цитокінів.

Боланд, яка бачила, як усі троє її дітей виросли та пішли в коледж під час боротьби з раком, вітає прогрес. Наразі біспецифічний препарат тримає її лімфому під контролем, зазначає вона. "Я сподіваюся, що це триватиме, але якщо ні, то я впевнений, що процедур завжди більше. Ви просто не турбуєтесь про це. Ніхто не знає, що буде ».