Химерный рецептор антигена (, CAR) — это рекомбинантный гибридный белок, сочетающий фрагмент антитела, обладающий способностью очень избирательно связываться с конкретными антигенами, с сигнализирующими доменами, способными активировать Т-клетки. Поскольку такой гибридный белок состоит из частей, полученных из разных источников, его называют химерным. Иммунные эффекторные клетки, имеющие сконструированные таким образом CAR, приобретают высокую селективность за счёт добавленного извне рецептора от моноклонального антитела.
Технология CAR позволяет перепрограммировать собственные иммунные клетки пациента за пределами его тела, с тем чтобы создать CAR, позволяющий охотиться на раковые клетки и эффективно разрушать опухоли у пациента.Liu L., Qu Y., Cheng L. et al. (2022). Engineering chimeric antigen receptor T cells for solid tumour therapy. Clinical and Translational Medicine, 12(12), e1141. Полученные клетки CAR затем используют для так называемой — разновидности иммунотерапии рака. Обычно CAR состоят из внеклеточного антигенраспознающего фрагмента, который связан, с помощью спейсера-шарнира и трансмембранного домена, со внутриклеточным доменом сигнализации, который может состоять из костимулирующего домена и участка Т-клеточной активации.
CARs опознают антигены не только по основным антигенам гистосовместимости, что и отличает их от физиологических Т-клеточных рецепторов (ТКР). Поэтому CAR-Т-клетки могут преодолеть некоторые из основных механизмов, посредством которых опухолям удаётся избежать опознания их Т-клеткой по антигенам гистосовместимости
Ещё одной особенностью CARs является их способность связывать не только белки, но и углеводы, ганглиозиды, протеогликаны, а также гликозилированные белки, тем самым расширяя спектр потенциальных целей.
В дополнение к антиген-специфическому связыванию, разработаны так называемые «универсальные системы CAR». Так например, разработаны CAR, связывающие авидин, что позволило использовать единожды полученный CAR не против одного антигена, ассоциированного с опухолью, а против бесчисленного множества различных антигенов, распознаваемых с помощью различных антител, модифицированных биотином, что позволяет выявлять их авидином (). Аналогичным образом устроена универсальная система CAR, связывающая (FITC) Research could expand engineered T-cell cancer treatment . MedicalXpress Универсальная система CAR названная «Supra CAR» состоит из двух модулей: универсального рецептора (zipCAR) и адаптерного модуля scFv распознающего антиген опухоли (zipFv). Универсальный рецептор zipCAR образуется в результате слияния внутриклеточных сигнальных доменов и лейциновой «застёжки-молнии» (zipper) в качестве внеклеточного домена. Молекула адаптера zipFv состоит из домена узнающего и соединяющегося с лейциновой «застёжкой-молнией» и домена scFv. ScFv молекулы zipFv связывается с опухолевым антигеном, а лейциновая молния связывает и активирует zipCAR на иммунных клетках. Модуль универсального рецептора zipCAR может быть расположен на различных типах клеток: на T-лимфоцитах с CD4+ и CD8+ корецепторами Т-клеточных рецепторов; на регуляторных Т-клетках, а также на NK-клетках. Множество различных zipFv молекул позволяет легко и быстро перенастраивать систему на новые антигены без необходимости заново конструировать CAR-Т-клетки.Jang Hwan Cho, James J. Collins, Wilson W. Wong (2018). Universal Chimeric Antigen Receptors for Multiplexed and Logical Control of T Cell Responses . Cell, 173(6), 1426—1438.e11,
При терапии с помощью CAR-Т-клеток возможны осложнения в виде синдрома высвобождения цитокинов, в частности повышение уровня интерлейкина 6 и интерлейкина 2. Система SUPRA CAR даёт возможность быстро остановить развитие синдрома высвобождения цитокинов так как позволяет добавить при необходимости конкурентные zipFv, что защитит zipCAR от активации
Использование CAR-модифицированных клеток для терапии рака
В течение многих десятилетий большинство видов рака лечили по стандартному набору терапевтических подходов, в числе которых были хирургия, радиационная терапия и химиотерапия. Теперь этот список дополнила иммунотерапия — тип лечения, который для борьбы с заболеванием использует иммунную систему пациента. Повышению значимости иммунотерапии для лечения рака способствовала разработка CAR-модифицированных T-клеток, нацеленных на раковые антигены. Так например, были разработаны CAR, направленные против подопланина (PDPN), белка, который, как правило, в изобилии содержится в солидных опухолях, в том числе в клетках глиобластомы наряду с вызванной делецией мутантной формой рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) — белком EGFRvIIIO’Rourke, D. M., Nasrallah, M. P., Desai, A. et al. (2017). A single dose of peripherally infused EGFRvIII-directed CAR T cells mediates antigen loss and induces adaptive resistance in patients with recurrent glioblastoma . Science Translational Medicine, 9(399), eaaa0984., а также против эпитопа Tn муцина MUC1 опухолевого антигена, обнаруженного при различных карциномах, что позволило (пока в опытах на мышах) успешно лечить эти заболевания.
В случае, когда здоровые ткани имеют те же целевые антигены, что и опухолевые клетки, терапия с помощью CAR, направленная на подобный антиген, может вызвать значительный токсический эффект. Кроме того, CD4+-Treg-клетки подавляют эффективность клеточной терапии CAR-Т. Поэтому нужно тщательно подбирать клоны CAR-Т.
CAR-Т-клеточные продукты, полученные из хорошо подобранных клонов Т-клеток, имеют значительно более высокую эффективность по сравнению с продуктами, полученными из неотобранных Т-клеток, которые различаются по фенотипическому составу. Поэтому селекция и отбраковка имеют важное значение для разработки CAR-Т, где синергично сочетается противоопухолевое действие самых мощных фенотипов CD4+- и CD8+-клонов..
Снизить токсический эффект CAR на здоровые ткани можно также с помощью CAR, сконструированных так, что синтетический рецептор Notch для одного антигена индуцирует экспрессию CAR для второго антигена. Такие Т клетки с двухрецепторным «замком-затвором» способны активироваться только в отношении опухолевых клеток, имеющих оба антигена, что повышает их избирательность в отношении именно опухолевых клеток.
С середины 2010-х годов Т-клетки CAR были применены для лечения более тысячи пациентов с поздними стадиями лейкозов и лимфом. Большинство из них до сих пор живы, а сотни полностью излечилисьДжун К., Левин Б., Пози Э. Убийцы рака // В мире науки. — 2017. — № 5—6. — С. 32—37..
Терапия твердых (солидных) опухолей В солидной опухоли часто формируется отклоняющаяся от нормы сосудистая сеть, которая может препятствовать инфильтрации Т-клеток и формировать иммуносупрессивное микроокружение опухоли. В частности, усиленное отложение компонентов внеклеточного матрикса может служить физическим барьером для проникновения CAR-T-клеток и прямого их контакта с раковыми клетками. Кроме того, необходимо преодолевать иммуносупрессивное микроокружение, которое, выделяя различные цитокины, ингибирует функцию CAR-T-клеток.
Поскольку характерной особенностью примерно 50 % твёрдых опухолей является гипоксическая среда, были спроектированы Т-клетки CAR, которые реагируют на гипоксическую среду — они неэффективны, если не находятся в гипоксической среде. С этой целью к ним добавлен субдомен HIF1α (hypoxia-inducible factor 1-alpha). Введение «датчика опухолевого микроокружения» обеспечивает дополнительный уровень безопасности за счёт сведения к минимуму внецелевого действия Т-клетки CAR. Другой способ сведения к минимуму внецелевого действия Т-клетки CAR, (называемый CytomX Probody-технология) заключается в «маскировании» (блокировке) распознающего мишень участка антитела до тех пор, пока Т-клетка CAR не попадёт в опухоль, где её маскировка будет удалена протеазой, уникальной для микроокружения опухоли.
Эффективность Т-клеточной иммунотерапии CAR против солидных опухолей зависит от накопления, пролиферации и продолжительности наличия Т-клеток в месте опухоли. Чтобы эффективно использовать Т-клетки, экспрессирующие CAR, в иммунотерапии солидных опухолей, крайне важно, чтобы внутривенно вводимые CAR-T-клетки накапливались и размножались в опухоли, а главное, чтобы они непрерывно работали на протяжении достаточно долгого времени, находя и устраняя раковые клетки. Чтобы противостоять дисфункции Т-клеток в микроокружении опухоли, CAR Т-клетки, были изменены так, чтобы они секретировали интерлейкин 10 (IL-10), что способствовало пролиферации и повышению эффективности функционирования CAR T-клеток, благодаря чему удалось достичь полной регрессии солидных опухолей и метастазов рака у мышей, включая рак толстой кишки, рак молочной железы, меланому и рак поджелудочной железы.Zhao, Y., Chen, J., Andreatta, M., Feng, B., Xie, Y. Q., Wenes, M., ... & Tang, L. (2024). IL-10-expressing CAR T cells resist dysfunction and mediate durable clearance of solid tumors and metastases. Nature Biotechnology, 1-12. Т-клетки IL-10 CAR также индуцировали в лимфоидных тканях надежную защиту от повторного заражения опухолью. В опытах на мышиной модели солидной опухоли, была разработана технология селекции клонов ИПСК, содержащих клетки, обеспечивающие наиболее эффективную иммунотерапию после их дифференцировки в CAR-T-клетки. При этом клетки, с целью усилить их пролиферацию и персистенцию в опухолях, подвергали ещё двум дополнительным генетическим манипуляциям: генетическому нокауту киназы называемой диацилглицеролкиназой, которая ингибирует передачу сигналов антиген-рецептор; трансдукции клеток генами, кодирующими мембраносвязанный интерлейкин 15 (IL-15) и его рецепторную субъединицу IL-15Rα.Ueda T., Shiina S., Iriguchi S. et al. (2022). Optimization of the proliferation and persistency of CAR T cells derived from human induced pluripotent stem cells. Nat. Biomed. Eng https://doi.org/10.1038/s41551-022-00969-0
Драйдукс (Drydux) технология Разработан макропористый биоматериал для быстрой и эффективной генерации CAR Т-клеток in situ, непосредственно в теле пациента, позволивший сделать технологию более доступной, упростить, удешевить её и при этом сократить подготовку CAR-Т-клеток до трёх дней после сбора крови пациента, вместо обычных двух недельPandit, S., Agarwalla, P., Song, F., Jansson, A., Dotti, G., & Brudno, Y. (2024). Implantable CAR T cell factories enhance solid tumor treatment . Biomaterials, 308, 122580. . После того как каркас из Драйдукса имплантируют пациенту, он, в отличие от традиционной CAR-Т-клеточной терапии, которая обеспечивала лишь временный контроль над опухолью, обеспечивает пролонгированное высвобождение CAR-Т-клеток, их функциональность и повышенную устойчивость, на протяжении примерно пяти месяцев. Благодаря этому достигается длительная ремиссия опухоли.
Использование CAR-модифицированных клеток для предотвращения аутоиммунных реакций
Предотвращение реакции отторжения трансплантата Использование терапии химерными анти-CD40-антителами, предотвращая активацию гуморальных механизмов отторжения и дисрегуляцию путей регуляции свёртывания крови, позволило ксенотрансплантату сердца свиньи проработать в теле у примата (бабуина) 945 дней. Подобные подходы в конечном счёте могут быть использованы и для трансплантации органов в организм человека, что очень актуально, учитывая острую нехватку пригодных для трансплантации органов.
Регуляторные Т-клетки (Tregs) играют существенную роль в предотвращении аутоиммунитета, и в частности в профилактике реакции отторжения трансплантата, препятствующей успешной трансплантации органов.