CAR-T: Genų inžinerija prieš vėžį

http://www.sciencemag.org/

Mokslas CAR-T: Genų inžinerija prieš vėžį...

Rugpjūčio pabaigoje JAV Maisto ir vaistų administracija (FDA) pirmą kartą patvirtino gydymo metodą, paremtą žmogaus ląstelių genetiniu modifikavimu – sprendimas, kurį mokslo bendruomenė vadina istoriniu. „Kymriah“ prekiniu ženklu užregistruotas metodas bus taikomas pacientams, sergantiems tam tikra ūminės limfoblastinės leukemijos forma, kol kas tik vaikams ir suaugusiems iki 25 metų amžiaus. Kuo pagrįstas šis metodas, kodėl negalima buvo apsieiti be genų inžinerijos ir ar tai yra genetiškai patobulintos žmonių rasės pradžia?

 „Kymriah“ metodas yra pagrįstas taip vadinama CAR-T ląstelių terapija. Nuosavos paciento imuninės ląstelės – T limfocitai – yra išskiriamos iš jo kraujo, genetiškai modifikuojamos CAR-T receptoriumi, kuris atpažįsta leukemijos ląsteles, ir grąžinamos atgal į paciento kraują. Šitaip genetiškai modifikuoti T limfocitai atpažįsta leukemijos ląsteles, kaip „natūralūs“ mūsų T limfocitai atpažįsta bakterijas ar virusus, ir mobilizuoja imuninę sistemą jų sunaikinimui.

Imuninė sistema ir vėžys

Trumpai prisiminkime (ar susipažinkime), kaip veikia imuninė sistema. Tai yra tikrų tikriausios organizmo ląstelinės ginkluotosios pajėgos, kurias sudaro virš 20 specializuotų ląstelių tipų. Vienų imuninės sistemos ląstelių funkcija yra tiesiogiai praryti ir suvirškinti į kūną patekusį svetimą mikroorganizmą, kitos ląstelės išskiria toksiškas medžiagas, trečios gamina antikūnus, kurie padeda atskirti „saviškį“ nuo „svetimo“ ir taip toliau.

Trumpas filmukas apie imuninės sistemos veiklą bei įvairovę.

T limfocitai, dar vadinami T ląstelėmis, yra centrinės imuninės sistemos ląstelės, kurių funkcijų įvairovę galima apibendrinti: imuninės sistemos veiksmų koordinavimas ir palaikymas. Būtent jos yra atsakingos už imuninės sistemos nutaikymą: ką dabar reikia sunaikinti.

Bakterijų, virusų ir kitokių mikrobų naikinimas yra geriausiai žinoma imuninės sistemos funkcija. Taip pat daug kas yra girdėjęs ir apie kitą medalio pusę: būtent imuninė sistema yra atsakinga už transplantuotų donoro organų ir audinių atmetimą. Prieš tokias operacijas žmonės turi praeiti imunosupresantų kursą, nuslopinti nuosavą imuninę sistemą. Taigi žmogaus imuninė sistema yra tiek jautri, jog sugeba atpažinti ne tik skirtumus tarp biologinių rūšių, bet ir tarp individų.

Būtent savo jautrumo dėka imuninė sistema kažkiek apsaugo mus ir nuo vėžio, atpažindama ir naikindama organizmo ląsteles, kurios pakito pakankamai smarkiai, kad patektų į „svetimo“ kategoriją. Šiaip mūsų organizmas yra absoliučiai totalitarinė sistema, kuri pastoviai vykdo savo ląstelių ir kitokių komponentų kontrolę. Kiekvienoje ląstelėje veikia taip vadinama MHC sistema. Ląstelės vidaus baltymai (genų produktai) laikas nuo laiko yra atnaujinami: sintetinami švieži, o seni degraduojami, ir degraduotų baltymų trumpos sekos per MHC sistemą yra eksponuojamos ląstelių paviršiuje, kad atitinkamos imuninės ląstelės, praplaukdamos pro šalį, matytų, jog viskas yra gerai. Arba negerai – kai ląstelės viduje spėja pasislėpti koks nors parazitas arba įvyksta mutacija. Vėžys išsivysto, kai ląstelė sugeba mutuoti taip, kad tas pokytis „praslysta“ pro griežtą kontrolę „savas ar svetimas“. Taip pat daugelyje vėžinių ląstelių yra pažeista pati MHC sistema.

Potencialios priešvėžinės imuninės sistemos savybės paskatino mokslininkus vystyti imunoterapinius vėžio (ir kitų ligų) gydymo metodus. Imunoterapinių metodų esmė yra vienomis arba kitomis priemonėmis „užsiundyti“ imunines ląsteles ant vėžinių. Vienais metodais siekiama paveikti naviko ląsteles taip, kad jos „išsiduotų“ imuninei sistemai, kitais siekiama išmokyti pačias imunines ląsteles atpažinti vėžines. Vienas iš pastarųjų metodų ir yra CAR-T terapija.

CAR-T receptoriai – kovinės chimeros

CAR-T yra santrumpa, kuri reiškia Chimerinis Antigeno Receptorius – T ląstelių receptorius. Sąvoka „chimera“ atkeliavo iš mitologijos, kur iš pradžių reiškė pabaisą, sudarytą iš skirtingų gyvūnų dalių (dažniausiai su liūto galva, ožio kūnu ir gyvatės galva vietoj uodegos). Genų inžinerijoje ši sąvoka reiškia geną, sukonstruotą iš skirtingų rūšių genų ar genų dalių.

Antras žodis santrumpoje yra „antigenas“. Antigenu vadiname būtent tą „svetimą“ komponentą, kurį atpažįsta antikūnai ir kai kurios kitos imuninės sistemos aktyvios molekulės. Šiuo atveju – būtent T ląstelių receptoriai.

Ir trečia sąvoka yra receptorius. Pradėkime nuo bendresnės teorijos. Kiekviena ląstelė yra apsupta lipidinės (riebalų) membranos, pro kurią vandenyje tirpios medžiagos nepraeina. Ir tai yra gerai: mes nenorime nei kad ląstelės turinys išsprogtų į išorę, nei kad viskas, kas teka pro šalį, tekėtų pro ląstelę. Membranoje gausu specializuotų baltymų suformuotų porų, pro kurias gali patekti ar išeiti tik reikiamos medžiagos. O taip pat yra įvairūs receptoriai, kurie reaguoja į tam tikrus, būtent tam ląstelių tipui aktualius augimo faktorius: hormonus arba panašias medžiagas, o T ląstelių atveju – į svetimus antigenus.

Membranoje esantis receptorius, kuris sąveikauja su kitos ląstelės išskiriama medžiaga. Šitaip organizmo ląstelės komunikuoja tarpusavyje. Šaltinis: Pearson Education Inc.

T ląstelių receptorių molekulės yra įtvirtintos ląstelės membranoje taip, kad vienas receptoriaus galas yra išorėje, o kitas – viduje. Kai išorinė receptoriaus dalis suriša antigeną, savo struktūrą pakeičia visa molekulė, taip pat ir vidinė dalis, ir tas pokytis sukelia ląstelės viduje visą grandininę reakciją, pokyčių kaskadą. Galutinė šios kaskados pasekmė: T limfocitų genų aktyvumo pokytis, dėl kurio T limfocitas imasi aktyvios veiklos, mobilizuodamas imuninę sistemą atsakui į antigeną, su kurio susąveikavo receptorius.

Taigi receptorius yra geno produktas, baltymas, kurio vienas galas yra ląstelės membranos išorėje, o kitas – viduje. Antigeno receptorius yra receptorius, kurio išorinės dalies funkcija yra atpažinti antigeną. Chimerinis antigeno receptorius yra receptorius, kurio vidinė dalis yra normalaus T receptoriaus ir veikia taip pat, o išorinė gali būti sukonstruota dirbtinai, kad reaguotų su tokiu antigenu, kurį mes pasirinksime. Tinkamai priderinus abi dalis, vidinei daliai bus tas pats, kas ten išorėje baladojasi – viduje ji sukels tokį pat atsaką, kaip ir „natūralus“ receptorius. Šitaip galima pasiekti, kad T ląstelė sukeltų imuninį atsaką ir mobilizuotų imuninę sistemą prieš, teoriškai, bet kokį antigeną.

Belieka parinkti tinkamą antigeną. Mūsų nagrinėjamu atveju tai būtų baltymas, būdingas leukemijos ląstelėms, tiksliau, būtent ūminės limfoblastinės leukemijos ląstelėms. Toks baltymas – biožymuo (biožymeniu vadinamas baltymas ar bet kokia kita medžiaga, pagal kurios lygį galima tiksliai diagnozuoti ligą) – buvo rastas, tai yra baltymas, vadinamas CD19. Šiaip tai yra normalus organizmo baltymas, tiesiog labai retai prisireikiantis, būdingas tik vienam kraujo ląstelių tipui – būtent tam, iš kurio esant patologijai išsivysto ūminė limfoblastinė leukemija. Tai yra, kraujyje prisidaugina daugybė ląstelių, kurios išskyrus dauginimąsi nieko neveikia, tik trukdo gyventi, ir dėl to vadinamos kraujo vėžiu. Normaliai imuninė sistema jų neliečia, nes iš esmės tai yra beveik normalios organizmo ląstelės, tik kad jų yra nenormaliai daug. Ir joms būdingas paviršiaus baltymas CD19, kuris buvo būdingas ir jų pirmtakėms.

Taigi sukonstruojamas genas, koduojantis chimerinį receptorių: sukonstruota išorinė dalis atpažįsta leukemijos ląstelių CD19 baltymą, o vidinė yra normali T limfocito aktyvumą reguliuojančio receptoriaus dalis. Iš paciento išskirti T limfocitai yra genetiškai modifikuojami, pakeičiant normalaus T receptoriaus geną į chimerinio receptoriaus geną. Ir tokie T limfocitai suleidžiami atgal pacientui, kur jie staiga kraujyje kelia aliarmą ir nukreipia visas imuninės sistemos pajėgas, kad sunaikintų leukemijos ląsteles.

Emily Whitehead, pirmoji CAR-T metodu sėkmingai išgydyta pacientė. Leukemija neatsikartoja jai jau šešis (nuotrauka yra metų senumo) metus. Šaltinis emilywhitehead.com.

CAR-T terapija: pavojai ir perspektyvos

Ant popieriaus aprašyta terapija atrodo gražiai, kaip, deja, ir nemažai kitų siūlomų terapijų. Bet praktikoje neretai gydymas nenori vykti sklandžiai. Aišku, įtampos skaitytojui jau nebesukelsiu, nes pati išspoilinau, jog net griežtoji FDA pripažino, jog CAR-T terapija veikia gerai. Ir, vis dėlto, kokie jos trūkumai ir pašaliniai efektai?

Įdėmus skaitytojas jau galėjo atkreipti dėmesį, jog leukemijos ląstelių biožymuo CD19 būdingas ir grupei normalių imuninės sistemos ląstelių. Tad, priversdami imuninę sistemą sunaikinti CD19 turinčias ląsteles, smarkiai pažeidžiame ir vieną pačios imuninės sistemos dalį, būtent antikūnus, gaminančius B limfocitus. Iš tikrųjų, po CAR-T terapijos ligoniai turi dar praeiti imunoglobulinų (antikūnų) terapiją, nes, kol kraujyje cirkuliuos genetiškai modifikuoti T limfocitai, B limfocitai negalės atsistatyti.

Kitas dažnas pašalinis efektas yra CRS (citokinų išskyrimo sindromas). Tai yra pagal simptomus gripą primenantis efektas, kuris atsiranda dėl staigaus imuninio atsako, aliarmo, kurį kelia į kraują injekuoti modifikuoti T limfocitai. Viena vertus, tai yra požymis, jog terapija veikia, tačiau simptomai gali būti pakankamai stipriai išreikti ir reikalauja papildomos palaikomosios terapijos.

Yra ir kitų retesnių šalutinių efektų. Taip pat metodas yra kol kas gana brangus ir planuojamas visų pirma taikyti pacientams, kuriems nepadeda įprastoji chemoterapija ir kaulų čiulpų transplantavimas.

„Žvaigždžių kelias“ fantastinio serialo ir filmų antagonistas, genetiškai patobulintas žmogus Khanas Noonienas Singhas iš naujo (kairėje) ir klasikinių (dešinėje) filmų. Šaltinis comicvine.gamespot.com

Ir paskutinis, nemažai kam nerimą keliantis klausimas: ar šis žingsnis nepriartina mūsų link žmogaus genetinio tobulinimo, eugenikos, pačios žmogaus rūšies sąvokos sunaikinimo? Ar galime žiūrėti į CAR-T gydytus pacientus kaip į genetiškai patobulintus žmones?

Vienareikšmiškai – ne. Visų pirma, kraujyje laisvi T limfocitai gyvena apie pusmetį-metus. Terapiją net tektų kartoti, jei leukemija atsinaujintų po kelių metų. Antra, terapija niekaip nepaveikia lytinių ląstelių – tai yra, ši genetinė modifikacija ne tik yra trumpalaikė, bet ir nepersiduos paciento vaikams. Tačiau, jeigu kam nors neduoda ramybės pats genetinio modifikavimo faktas ir jo „nenatūralumas“, pagąsdinsiu: užsikrėtimas kai kuriais visiškai natūraliais virusais, pavyzdžiui, įprastos lūpų pūslelinės virusu, genetiškai modifikuoja mūsų ląsteles smarkiau ir kur kas ilgesniam laikui, nei CAR-T terapija.

CAR-T sėkmė labai įkvepia kitus imunoterapijos srityje dirbančius mokslininkus. Manoma, jog netolimoje ateityje CAR-T ir panašius metodus galima bus taikyti ne tik leukemijų, bet ir kietų navikų gydymui, kas ypač svarbu chirurgiškai sunkiai pasiekiamų auglių atveju.

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: