Sposób na raka
Jednym z największych problemów onkologii jest niewielka specyficzność stosowanych terapii przeciwnowotworowych. Zarówno chirurgiczne usunięcie guza, jak i radioterapia czy chemioterapia oprócz nowotworu niszczą także zdrowe tkanki, przez co wywołują szereg skutków ubocznych, takich jak niewydolność szpiku kostnego, a w konsekwencji zaburzona produkcja komórek krwi, wypadanie włosów, zmęczenie i wysypki. Dlatego największym wyzwaniem współczesnej onkologii jest opracowanie tzw. terapii ukierunkowanych (celowanych), które będą rozpoznawać i precyzyjnie niszczyć tylko komórki nowotworowe. W tym celu konieczne jest stworzenie „paszportu” molekularnego raka, czyli poznanie wszystkich cech różniących go od zdrowych komórek. Te z kolei stają się celem nowej klasy leków.
Jak powstaje nowotwór
Zacznijmy od początku, a więc od pojedynczej komórki, która staje się protoplastą nowotworu. W jej DNA obserwuje się stopniową akumulację mutacji zaburzających prawidłowy przebieg procesów metabolicznych. Część z nich dotyczy genów kodujących białka naprawcze, które w prawidłowych warunkach szybko znajdują i korygują pojawiające się w kodzie genetycznym błędy. Gdy mechanizmy te zawodzą, komórka przechodzi niekontrolowane podziały i zyskuje wieczne życie. Na skutek mutacji pojawiają się też białka o zmienionej sekwencji aminokwasów, traktowane przez ludzki organizm jako obce. Z obecnością takich białek w komórkach mamy do czynienia nie tylko w procesie nowotworzenia, ale też infekcji wirusowej. Wówczas na podstawie zawartej w wirusowym DNA/RNA informacji produkowane są białka umożliwiające tworzenie jego nowych kopii.
Komórki wytworzyły jednak mechanizm obronny – na swojej powierzchni prezentują fragmenty obcego białka (antygenu), wykorzystując do tego białka MHC. Sygnał SOS szybko zostaje odczytany przez patrolujące organizm limfocyty T (rodzaj komórek układu odpornościowego). Te z kolei rozpoczynają kaskadę reakcji prowadzącą do unieszkodliwienia zainfekowanej komórki. Podobne zjawisko zachodzi w przypadku komórek nowotworowych, jednak na znacznie mniejszą skalę. Otóż w przeciwieństwie do swoich zdrowych odpowiedników wykazują się one znikomym altruizmem. Nie mają ochoty ginąć dla dobra ogółu, dlatego ograniczają na swojej powierzchni liczbę flag, a więc cząsteczek MHC, które mogłyby prezentować antygeny. Co więcej, do swojego otoczenia zwabiają komórki, które wydzielają związki przeciwzapalne, wytwarzając zasłonę dymną wokół rosnącego guza.
Początki
Obecność na powierzchni komórek nowotworowych charakterystycznych białek oraz możliwość ich rozpoznawania przez limfocyty przykuła uwagę naukowców, którzy uznali, że zjawisko to może pomóc w opracowaniu nowych strategii terapeutycznych. Udowodniono m.in., że powierzchniowe białko CD19 jest charakterystyczne dla ostrej białaczki limfoblastycznej, a CD30 – dla komórek chłoniaka Hodgkina. Najważniejsze było jednak wykazanie, iż aktywność limfocytów nie musi zależeć od cząsteczek MHC, których ilość w komórkach nowotworowych podlega znacznej redukcji.
Na kanwie wspomnianych odkryć immunolog Zelig Eshhar (Instytut Naukowy Weizmanna w Izraelu) opracował w latach 80. ub.w. technologię, która dziś ma szansę zrewolucjonizować leczenie nowotworów. Bazuje ona na krwi własnej pacjenta, a konkretnie – obecnych w niej limfocytach T, pozaustrojowo uczonych skutecznego rozpoznawania i zabijania komórek nowotworowych. Eshhar postanowił stworzyć komórkę hybrydę, która łączyłaby cechy limfocytu (atakowanie i niszczenie komórek nowotworowych) z właściwościami przeciwciała (rozpoznawaniem i przyłączaniem się do konkretnych białek). Dzięki modyfikacjom DNA Eshhar wymusił w limfocytach produkowanie białka CAR (ang. chimeric antygen receptor – chimerycznego receptora antygenowego), zbudowanego z kilku elementów. Najważniejszym elementem był znajdujący się na powierzchni limfocytu receptor, który rozpoznawał konkretny antygen komórki nowotworowej. Pozostałe elementy wzmacniały aktywację limfocytu i niszczenie komórki nowotworowej. Opracowaną technologię, bazującą na specjalnie zaprojektowanych limfocytach T, nazwano technologią CAR-T (ang. chimeric antygen receptor T cell). Od tamtego czasu dzięki intensywnym badaniom wprowadzono do niej wiele modyfikacji i ulepszeń, które miały na celu zwiększenie efektywności i skuteczności terapii przy jednoczesnym ograniczeniu skutków ubocznych. W ten sposób powstawały komórki CAR-T drugiej, trzeciej i czwartej generacji.
Lek, który żyje
Terapia CAR-T wykorzystuje żywe komórki izolowane z krwi pacjenta. W warunkach laboratoryjnych poddaje się je specjalnym modyfikacjom, wskutek których uzyskują supermoc, pozwalającą im na ukierunkowane działanie wobec konkretnych komórek nowotworowych. Dzięki temu szybko i precyzyjnie najpierw je rozpoznają, a później unieszkodliwiają. Przygotowanie dawki terapeutycznej limfocytów CAR-T to kilkuetapowa procedura, trwająca kilka, a nawet kilkanaście tygodni. Pierwszy etap to pobranie krwi od pacjenta metodą umożliwiającą uzyskanie frakcji limfocytów. W tym celu wykonywane są wkłucia do dwóch żył. Krew z jednej trafia do urządzenia oddzielającego limfocyty od pozostałych elementów krwi, m.in. erytrocytów, osocza i płytek, które to drugą żyłą wracają z powrotem do krwiobiegu. Zabieg jest dosyć czasochłonny, trwa od 2 do nawet 4 godzin, i często towarzyszą mu skutki uboczne, m.in. mrowienie kończyn. Pozyskane limfocyty trafiają następnie do laboratorium, gdzie z wykorzystaniem wirusa wprowadza się do nich gen receptora CAR. W DNA wirusa zawarta jest kompletna informacja do jego stworzenia. Materiał genetyczny wirusa integruje się z DNA limfocytu, dzięki czemu jest on w stanie wytworzyć wspomniany receptor.
Trwają również badania nad alternatywnym sposobem dostarczania genów CAR do komórek, tak aby wyeliminować konieczność stosowania wirusów. Można to zrobić za pomocą prądu elektrycznego, który dziurawi błonę komórkową limfocytów. Następnie limfocyty produkujące antygen CAR są namnażane w laboratorium (do terapii potrzeba milionów komórek) i jeśli wchodzi w grę ich daleki transport – mrożone. Zanim jednak trafią do pacjenta, przechodzą przez szczegółowy system kontroli jakości, w którym sprawdza się m.in. ich żywotność oraz wyklucza zanieczyszczenie mikrobiologiczne. Jeśli komórki zdały test, zostają podane choremu – który wcześniej przeszedł chemioterapię – na drodze dożylnej infuzji. W porównaniu z konwencjonalnymi metodami leczenia w terapii tej obserwuje się znaczne ograniczenie skutków ubocznych. Czasem występuje jednak niebezpieczny i zagrażający życiu zespół wyrzutu cytokin (ZWC, patrz ramka), czyli białek biorących udział w odpowiedzi odpornościowej.
Przycisk bezpieczeństwa
W toku prowadzonych badań klinicznych kilkunastu pacjentów zmarło na skutek ZWC. Mimo wszystko zwolennicy tej metody uważają, że to jedyna deska ratunku dla pacjentów, którzy nie reagują na inne sposoby leczenia. Co więcej, sugerują, że zastosowanie CAR-T na wczesnym etapie choroby nowotworowej mogłoby dać jeszcze lepsze rezultaty. Dlatego wciąż trwają prace nad optymalizacją produkcji CAR-T i zwiększeniem bezpieczeństwa terapii. Większą kontrolę nad limfocytami CAR ma zagwarantować metoda wykorzystująca lek RMD (rimiducid), który działa niczym przycisk bezpieczeństwa. Po jego aplikacji obecne w ciele komórki CAR-T pacjenta ulegają samodestrukcji. Alternatywna metoda – GoCAR-Ts – wykorzystuje ten sam lek, lecz w zupełnie inny sposób. Otóż podawane pacjentowi CAR-T pozostają w stanie uśpienia, z którego wybudza je podanie RMD. Dopasowując dawkę leku, można manipulować poziomem aktywacji limfocytów, a dzięki temu łagodzić skutki uboczne terapii.
Trwają również prace nad sprawieniem, by terapia CAR-T była bardziej uniwersalna. I tak stworzono limfocyty, których receptor CAR – zamiast bezpośrednio łączyć się z antygenem komórki nowotworowej – łączy się ze skierowanym przeciwko niemu przeciwciałem, działającym jak pomost między limfocytem a komórką nowotworu. Podobnie jak w przypadku leku RMD podanie pacjentowi przeciwciał aktywowałoby obecne w jego krwi CAR-T. Twórca technologii Zelig Eshhar proponuje połączenie limfocytów CAR z lekami określanymi jako inhibitory punktów kontrolnych. Punkty kontrolne to białka produkowane przez wiele komórek nowotworowych. Pomagają one tym komórkom w ukryciu się przed układem immunologicznym. Jednym z takich punktów jest błonowe białko PD-L1, które łączy się z punktem kontrolnym limfocytów T, zwanym PD-1, osłabiając ich aktywność. Zastosowanie związków blokujących działanie obu białek zwiększa aktywność limfocytów, co przekłada się na to, że efektywniej zabijają one komórki nowotworowe.
Perspektywy
Choć opracowanie technologii CAR-T stanowi krok milowy w terapii nowotworów, wciąż wiele kwestii dotyczących ich efektywności i bezpieczeństwa budzi wątpliwości. Wiele grup badawczych pracuje nad modyfikacjami umożliwiającymi minimalizację skutków ubocznych i większą kontrolę nad wprowadzonymi do organizmu komórkami. Co więcej, terapia jest nie tylko czasochłonna, ale i kosztowna. Problematyczne jest również jej zastosowanie w leczeniu guzów litych. Niemniej limfocyty CAR stanowią żywy lek, który dla wielu może oznaczać szansę na wyzdrowienie. Terapia CAR-T znajduje się obecnie w centrum zainteresowania, a czas pokaże, na ile będą mogły się spełnić pokładane w niej nadzieje.
dr Katarzyna Kornicka-Garbowska
***
Zespół wyrzutu cytokin (ZWC)
Komórki CAR-T uruchamiają śmierć komórki nowotworowej poprzez indukcję tzw. pyroptozy. Zmieniona komórka w nieładzie rozpada się na kawałki, pozostawiając po sobie spory bałagan przyciągający makrofagi. Po przybyciu na miejsce zbrodni wydzielają one cytokiny, inicjujące proces zapalny, objawiający się m.in. gorączką, mdłościami, problemami z oddychaniem i obniżonym ciśnieniem krwi, a więc typowymi objawami ZWC. Zjawisko pyroptozy badacze uwiecznili z wykorzystaniem mikroskopii przyżyciowej pozwalającej w czasie rzeczywistym obserwować interakcje między komórkami. Okazało się, że w kontakcie z CAR-T komórki białaczki zwiększały swą objętość jak baloniki, aż w końcu pękały. Za to zjawisko odpowiadała aktywacja białka gasderminy E. Badacze uważają, że opracowanie metody pozwalającej zredukować pyroptozę lub jej niekorzystne konsekwencje może ograniczyć częstotliwość występowania ZWC i tym samym zwiększyć bezpieczeństwo terapii CAR-T. Jak pokazały eksperymenty na myszach, usunięcie genu gasderminy E i zmniejszenie aktywności makrofagów zapobiega wystąpieniu tego niebezpiecznego zjawiska.
***
CAR-T i przemysł farmaceutyczny
Nowoczesne strategie terapeutyczne z zakresu immunoonkologii przyciągają jak magnes inwestorów z branży farmaceutycznej. Na całym świecie prowadzono ponad 800 prób klinicznych mających ocenić potencjał CAR-T w walce z różnymi rodzajami nowotworów. Najlepszą efektywność obserwuje się w przypadku nowotworów krwi, gdzie remisja sięga 94%. Co ważne, do prób rekrutuje się pacjentów, u których standardowe metody leczenia nie przyniosły rezultatu.
Obecnie na rynku dostępne są już dwa produkty bazujące na tej technologii, rozpoznające antygen CD19, charakterystyczny dla komórek nowotworowych chłoniaka i białaczki. Pierwszą firmą, która wprowadziła do sprzedaży CAR-T (handlowa nazwa preparatu – Kymriah), był Novartis. Po trzech miesiącach stosowania leku u pacjentów z ostrą białaczką limfoblastyczną remisja sięgała 83%. U 49% leczonych wystąpił ZWC. Produkt oferowany przez drugą z firm – Gilead (Yescarta) – przeznaczony dla chorych na chłoniaka, wykazał się skutecznością u 72% pacjentów. Koszty iniekcji (testowano podawanie jednorazowe) to 300– 500 tys. dol.
***
Nowotwory lite
Po spektakularnych efektach terapii nowotworów krwi z wykorzystaniem CAR-T pojawiły się próby ich zastosowania w leczeniu guzów litych. Niestety, ze względu na pewne cechy takich guzów terapia może okazać się mało skuteczna. Ich mikrośrodowisko jest szczególnie nieprzyjazne – panują w nim niedobór tlenu i kwaśne pH oraz występuje duża ilość związków o charakterze immunosupresyjnym. Przez to wnikanie limfocytów CAR do guza oraz ich przeżycie w jego obrębie są ograniczone. Dlatego w tym wypadku CAR-T podaje się nie dożylnie, ale bezpośrednio do guza. Mało tego, komórki nowotworu wytwarzają w dużej ilości białko PD-L1 dezaktywujące limfocyty. Ciężko też znaleźć w ich obrębie antygen, który podobnie do CD19 charakteryzowałby chore komórki. Na razie udało się zidentyfikować antygeny typowe dla komórek nowotworu mózgu (interleukina 13) oraz marker komórek raka trzustki, jajnika i płuc (mezotelina). Obecnie trwają próby kliniczne z wykorzystaniem CAR przeciwko tym antygenom.
***
CAR-T w Polsce
W Polsce terapia CAR-T została zastosowana po raz pierwszy pod koniec ub.r. w Klinice Hematologii i Transplantologii Szpiku Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu u pacjenta cierpiącego na chłoniaka. Kolejnymi ośrodkami, które planują wprowadzenie tej innowacyjnej metody leczenia, są szpitale w Gliwicach i we Wrocławiu. Co więcej, Szpital Kliniczny Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich we Wrocławiu chce stać się pierwszym ośrodkiem w Europie Wschodniej stosującym CAR-T u dzieci. Na terapię w Klinice Transplantacji Szpiku, Onkologii i Hematologii Dziecięcej „Przylądek Nadziei” oczekuje już trzech małych pacjentów z ostrą białaczką limfoblastyczną. Koszty leczenia szacuje się na 1,5 mln zł.