Mengubah “perisai” tumor menjadi senjata melawan dirinya sendiri

Menurut Peter Insio Wang, sel tumor itu “licik.” Mereka mempunyai cara yang jahat untuk menghindari respons kekebalan manusia yang melawan penyerang kanker ini. Sel tumor mengekspresikan molekul ligan kematian terprogram 1 (PD-L1), yang bertindak sebagai perisai pelindung yang menekan sel kekebalan tubuh kita, sehingga menciptakan hambatan terhadap imunoterapi kanker yang ditargetkan. hal>

Wang, Ketua Alfred E. Mann di bidang Teknik Biomedis dan Ketua Dwight K. Dan Hildagard E. Baum di bidang Teknik Biomedis, memimpin laboratorium yang didedikasikan untuk merintis penelitian imunoterapi rekayasa yang memanfaatkan sistem kekebalan tubuh manusia untuk membangun persenjataan masa depan dalam memerangi kanker.

Peneliti laboratorium Wang telah mengembangkan pendekatan baru yang mengubah mekanisme pertahanan berbahaya sel tumor melawan dirinya sendiri, mengubah molekul "pelindung" ini menjadi target sel T reseptor antigen chimeric (CAR) laboratorium Wang, yang diprogram untuk menyerang kanker.

Pekerjaan ini, dilakukan oleh rekan pascadoktoral Wang, Lingshan Zhu, bersama dengan Wang, rekan pascadoktoral Longwei Liu, dan rekan penulis mereka, diterbitkan dalam jurnal ACS Nano.

Terapi sel T CAR adalah pengobatan kanker revolusioner yang menggunakan sel T, sejenis sel darah putih, dikeluarkan dari pasien dan dilengkapi dengan reseptor antigen chimeric (CAR) yang unik. CAR berikatan dengan antigen yang berhubungan dengan sel kanker, mengarahkan sel T untuk menghancurkan sel kanker.

Pekerjaan terbaru di laboratorium Wang adalah monobodi yang dirancang untuk sel CAR T, yang oleh tim disebut PDbody, yang berikatan dengan protein PD-L1 pada sel kanker, memungkinkan CAR mengenali sel tumor dan memblokir pertahanannya. hal>

"Bayangkan CAR itu mobil sungguhan. Anda punya mesin dan bensin. Tapi Anda juga punya rem. Intinya, mesin dan bensin mendorong CAR T untuk bergerak maju dan menghancurkan tumornya. Tapi PD-L1 bertindak sebagai rem, yang menghentikannya," kata Wang.

Dalam penelitian ini, Zhu, Liu, Wang dan tim merekayasa sel T untuk memblokir mekanisme “pengereman” penghambatan ini dan mengubah molekul PD-L1 menjadi target pembunuhan.

"Molekul chimeric PDbody-CAR ini dapat menyebabkan CAR T kita menyerang, mengenali dan menghancurkan tumor. Pada saat yang sama, ia akan memblokir dan mencegah sel tumor menghentikan serangan CAR T. Dengan demikian, CAR T kita akan menjadi lebih bertenaga,” kata Wang.

Terapi sel T CAR paling efektif untuk kanker “cair” seperti leukemia. Tujuan para peneliti adalah mengembangkan sel CAR T canggih yang dapat membedakan sel kanker dan sel sehat.

Laboratorium Wang sedang menjajaki cara untuk menargetkan teknologi ini pada tumor sehingga sel CAR T diaktifkan di lokasi tumor tanpa memengaruhi jaringan sehat.

Dalam penelitian ini, tim berfokus pada bentuk kanker payudara yang sangat invasif dan mengekspresikan protein PD-L1. Namun, PD-L1 juga diekspresikan oleh tipe sel lain. Oleh karena itu, para peneliti mengamati lingkungan mikro tumor yang unik—sel dan matriks yang mengelilingi tumor—untuk memastikan bahwa tubuh PD yang mereka rancang akan berikatan lebih spesifik dengan sel kanker.

"Kita tahu bahwa pH dalam lingkungan mikro tumor relatif rendah—sedikit asam," kata Zhu. "Jadi kami ingin tubuh PD kami memiliki kemampuan pengikatan yang lebih baik dalam lingkungan mikro yang bersifat asam, yang akan membantu tubuh PD kami membedakan sel tumor dari sel lain di sekitarnya."

Untuk meningkatkan ketepatan pengobatan, tim menggunakan sistem gerbang genetik eksklusif yang disebut SynNotch, yang memastikan bahwa sel CAR T dengan tubuh PD hanya menyerang sel kanker yang mengekspresikan protein berbeda yang dikenal sebagai CD19, sehingga mengurangi risiko kerusakan pada sel sehat.

"Sederhananya, sel T hanya akan diaktifkan di lokasi tumor berkat sistem gating SynNotch ini," kata Zhu. "Tidak hanya pH yang lebih asam, tetapi permukaan sel tumor akan menentukan apakah sel T diaktifkan, sehingga memberi kita dua tingkat kontrol."

Zhu mencatat bahwa tim menggunakan model tikus, dan hasilnya menunjukkan bahwa sistem gerbang SynNotch mengarahkan sel CAR T dengan tubuh PD untuk aktif hanya di lokasi tumor, membunuh sel tumor dan tetap aman untuk bagian lain dari hewan tersebut.

Proses yang terinspirasi evolusi untuk menciptakan badan PD

Tim menggunakan metode komputasi dan mengambil inspirasi dari proses evolusi untuk membuat Badan PD khusus mereka. Evolusi terarah adalah proses yang digunakan dalam rekayasa biomedis untuk meniru proses seleksi alam di laboratorium.

Para peneliti menciptakan platform evolusi terarah dengan perpustakaan raksasa yang berisi iterasi protein rancangan mereka untuk menemukan versi mana yang paling efektif.

"Kami perlu menciptakan sesuatu yang dapat mengenali PD-L1 pada permukaan tumor," kata Wang.

"Dengan menggunakan evolusi terarah, kami memilih sejumlah besar mutasi monobody yang berbeda untuk memilih mana yang akan berikatan dengan PD-L1. Versi yang dipilih memiliki fitur-fitur yang tidak hanya dapat mengenali tumor PD-L1, tetapi juga memblokir mekanisme penghambatan, yang dimilikinya, dan kemudian mengarahkan sel CAR T ke permukaan tumor untuk menyerang dan menghancurkan sel tumor."

"Bayangkan jika Anda ingin menemukan ikan yang sangat spesifik di lautan - itu akan sangat sulit," kata Liu. "Tetapi sekarang dengan platform evolusi terarah yang kami kembangkan, kami memiliki cara untuk menargetkan protein spesifik ini dengan fungsi yang diinginkan."

Tim peneliti kini mengeksplorasi cara mengoptimalkan protein untuk menciptakan sel CAR T yang lebih tepat dan efektif sebelum beralih ke aplikasi klinis. Hal ini juga termasuk mengintegrasikan protein dengan aplikasi ultrasonik terfokus terobosan laboratorium Wang untuk mengontrol sel CAR T dari jarak jauh sehingga hanya aktif di lokasi tumor.

"Kita sekarang memiliki semua alat genetik untuk memanipulasi, mengendalikan, dan memprogram sel-sel kekebalan ini agar memiliki kekuatan dan fungsi sebanyak yang mereka bisa," kata Wang. "Kami berharap dapat menciptakan cara baru untuk mengarahkan fungsinya dalam pengobatan tumor padat yang menantang."