CAR-T Hücre Mühendisliği: Katı Tümör Mikroortamının Engellerini Aşmak

İmmünoterapi Devrimi

Kimerik Antijen Reseptörü (CAR) T hücre tedavisi, B hücreli akut lenfoblastik lösemi ve non-Hodgkin lenfoma hastalarında benzeri görülmemiş kalıcı yanıtlar elde ederek hematolojik malignitelerin tedavisini yeniden tanımladı. Hastanın kendi T hücrelerini CD19'u tanıyan bir reseptör ifade edecek şekilde tasarlayarak "canlı bir ilaç" yarattık. Bununla birlikte, bu teknolojinin glioblastoma, pankreas kanseri ve akciğer adenokarsinomu gibi katı tümörlere uygulanması önemli ölçüde daha az başarılı olmuştur. İmmüno-onkoloji araştırmacıları için zorluk, Katı Tümör Mikroortamının (TME) fiziksel, kimyasal ve immünolojik engellerinin üstesinden gelmekte yatmaktadır.

Moleküler Mimari: Birinci Nesilden Dördüncü Nesil CAR'lara

CAR, hücre dışı tek zincirli değişken bir fragman (scFv), bir ara bölge/menteşe bölgesi, bir transmembran alan ve hücre içi sinyal alanlarından oluşan sentetik bir proteindir.
1. Nesil: Sadece CD3ζ zincirini içeriyordu. Bu hücreler tümörleri tanıyabiliyordu ancak in vivo ortamda kalıcı olamıyor veya çoğalamıyordu.

2. ve 3. Nesil: Bir veya iki yardımcı uyarıcı alan (örneğin, CD28 veya 4-1BB) içeriyordu. Bu, sürekli antitümör aktivitesine olanak sağlayan çığır açıcı bir gelişmeydi.

4. Nesil (TRUCK'lar): "Evrensel sitokin öldürme için yeniden yönlendirilmiş T hücreleri" olarak da bilinen bu hücreler, antijen bağlanması üzerine IL-12 veya IL-15 gibi sitokinler salgılamak üzere tasarlanmıştır. Bu, endojen bağışıklık hücrelerini toplayıp aktive ederek "soğuk" bir tümörü "ısıtmaya" yardımcı olur.

Düşmanca Arazi: Fiziksel ve Kimyasal Engeller

Katı tümörler sadece kanser hücrelerinin kümeleri değildir; karmaşık "organlardır". Hücre dışı matris (ECM) ve yüksek interstisyel sıvı basıncı tarafından oluşturulan fiziksel bariyer, T hücrelerinin tümör çekirdeğine nüfuz etmesini engeller. Dahası, tümör mikroortamının kimyasal bileşimi T hücreleri için toksiktir. Hipoksi (düşük oksijen) ve yüksek laktat seviyeleri (aerobik glikolizden, Warburg etkisi) T hücresi metabolizmasını ve efektör fonksiyonunu inhibe eder.

Bu sorunu çözmek için akademisyenler, hücre dışı matrisi parçalamak üzere heparanaz gibi enzimleri ifade eden "Zırhlı CAR'lar"ı araştırıyorlar. Ek olarak, hipoksik koşullar altında alternatif yakıt kaynaklarını (yağ asitleri gibi) kullanma yeteneklerini artırmak için CAR-T hücrelerinin metabolik mühendisliği önemli bir araştırma alanıdır.

İmmünosupresyon ve Antijen Heterojenliği

Bir T hücresi tümöre girse bile, "immünolojik bir engeli" aşmak zorunda kalır. Düzenleyici T hücreleri (Treg'ler), Miyeloid Kaynaklı Baskılayıcı Hücreler (MDSC'ler) ve Tümörle İlişkili Makrofajlar (TAM'lar), TGF-β ve IL-10 gibi inhibitör sitokinler salgılar. Dahası, tümör hücrelerinin kendileri de T hücrelerindeki PD-1 reseptörüne bağlanan ve "tükenmeye" neden olan PD-L1 gibi "kontrol noktası" molekülleri ifade eder.

Bir diğer kritik sorun ise antijen heterojenliğidir. Her hücrenin CD19 eksprese ettiği B hücreli lösemilerin aksine, katı tümörler oldukça çeşitlidir. Eğer bir CAR-T hücresi tek bir proteini (örneğin HER2) hedef alırsa, tümör zamanla bu antijeni kaybedebilir ve bu da nükse yol açabilir. Araştırmacılar şu anda, aynı anda iki veya daha fazla farklı antijeni tanıyabilen "çoklu özgüllüklü" CAR'lar (Tandem CAR'lar) veya yalnızca hem A hem de B antijeni mevcutsa aktive olan "Mantık Kapılı" CAR'lar geliştiriyorlar; böylece özgüllüğü artırıyor ve sağlıklı dokulara "tümör dışı" toksisiteyi azaltıyorlar.

Gelecek: "Hazır" ve CRISPR ile Geliştirilmiş CARs

Mevcut CAR-T süreci otolog (hastaya özgü) olup, zaman alıcı ve pahalıdır. "Evrensel" veya "Allogeneik" CAR-T hücrelerinin amacı, sağlıklı donör hücrelerini kullanmaktır. Bu, greft-konakçı hastalığını (GvHD) önlemek için endojen T hücresi reseptörünü (TCR) ve hastanın bağışıklık sistemi tarafından reddi önlemek için HLA moleküllerini devre dışı bırakmak amacıyla CRISPR-Cas9 kullanılmasını gerektirir.

Ayrıca, ilk antijen karşılaşmasının ikinci bir reseptörün veya terapötik bir yükün ifadesini tetiklediği daha karmaşık bir "program" sağlayan "Sentetik Notch" (synNotch) reseptörlerine doğru ilerliyoruz. Bu sentetik kontrol seviyesi, en agresif katı tümörlerin güvenli ve etkili bir şekilde tedavi edilmesi için hayati önem taşıyacaktır.

Referanslar

1. June, C. H., & Sadelain, M. (2018). Chimeric antigen receptor therapy. The New England Journal of Medicine, 379(1), 64-73.
2. Lim, W. A., & June, C. H. (2017). The principles of engineering immune cells to treat cancer. Cell, 168(4), 724-740.
3. Labanieh, L., & Mackall, C. L. (2018). CAR T cells for solid tumors: What can naturally occurring T cells teach us? Cancer Cell, 34(3), 359-361.
4. Newick, K., et al. (2017). CAR T cell therapy for solid tumors. Annual Review of Medicine, 68, 139-152.
5. Eyquem, J., et al. (2017). Targeting a CAR to the TRAC locus with CRISPR/Cas9 enhances tumour rejection. Nature, 543(7643), 113-117.
6. Rafiq, S., Hackett, C. S., & Brentjens, R. J. (2020). Engineering strategies to overcome the current limitations of CAR T-cell therapy. Nature Reviews Clinical Oncology, 17(3), 147-167.