Himerni antigenski receptor
Himerni antigenski receptorji (CAR, angl. Chimeric Antigen Receptors) so receptorske beljakovine, sintezno načrtovane tako, da dajo limfocitu T (ali drugi imunski celici)[1], v katerega jih vnesejo, možnost vezave na specifične beljakovine (na primer na širok spekter tumorsko specifičnih antigenov, ki jih izražajo rakavo spremenjene celice na svoji površini)[2]. Receptorji so himerni, ker vsebujejo hkrati antigen vežočo kot limfocit T aktivirajočo funkcijo.
Prvo zdravilo na osnovi CAR-T je tisagenlecleucel, ki je avgusta 2017 prejelo odobritev s strani Ameriškega urada za prehrano in zdravila za zdravljenje akutne limfoblastne levkemije.[3] Oktobra 2017 je FDA odobril še drugo zdravilo, aksicabtagen ciloleucel, in sicer za zdravljenje difuznega velikoceličnega limfoma B.[4][5] Obe zdravili sta bili odobreni v Evropski uniji s strani Evropske agencije za zdravila in medicinske pripomočke avgusta 2018.[6][7]
Gre za nov pristop zdravljenja hematoloških rakov. Imunoterapija s celicami CAR-T preusmeri bolnikove imunske celice proti tumorskemu antigenu. V nasprotju s T-celičnimi receptorji (TCR) CAR-T prepoznajo specifični antigen neodvisno od poglavitnega kompleksa tkivne skladnosti (MHC).[2][1] Veliko rakavih celic namreč ne izraža MHC, s čimer se izognejo prepoznavi in uničenju s strani imunskega sistema.[2] Glavna omejitev zdravljenja limfociti T, gensko spremenjenimi s himernimi antigenskimi receptorji (CAR-T) je, da je visoko individualizirana, saj je treba izdelati zdravilo za vsakega bolnika posebej iz njegovih lastnih celic.[2] Čeprav obe obliki zdravljenja (tisagenlecleucel in aksicabtagen ciloleucel, pri večjem deležu pacientov vodita v popolno remisijo bolezni, ostaja problem toksičnost spremenjenih celic T in pojav neželenih učinkov zdravljenja, kot sta nevrološka toksičnost in sindrom sproščanja citokinov.[8]
Zgodovina
Začetki razvoja himernih antigenskih receptorjev segajo v osemdeseta leta prejšnjega stoletja. Klinično uporabnost je tehnologija dosegla pred približno desetimi leti, ko je znanje o sintetski biologiji, genski terapiji, imunologiji in imunoterapiji doseglo ustrezno raven.[1]
Leta 2017 sta prvi zdravili na osnovi CAR-T prejeli dovoljenje za promet, in sicer je avgusta 2017 FDA odobril tisagenlecleucel za zdravljenje neodzivne ali večkrat relapsirane akutne limfoblastne levkemije (ALL), [3] oktobra 2017 pa še aksicabtagen ciloleucel za zdravljenje neodzivnega ali večkrat relapsiranega difuznega velikoceličnega limfoma B (DLBCL).[4][5] Obe zdravili sta bili odobreni v Evropski uniji s strani Evropske agencije za zdravila in medicinske pripomočke avgusta 2018 (tisagenlecleucel za ALL in DLBCL in aksicabtagen ciloleucel za DLBCL).[6][7]
Obe omenjeni zdravili usmerjeni proti antigenu CD19, ki ga na svoji površini odražajo številne rakave celice B-celičnih krvnih rakov.[9]
Zdravljenje raka
1. Iz bolnikove krvi se odstranijo celice T (predstavljajo jih predmeti, označeni s 't').
2. V laboratorijskem okolju se nato geni, ki kodirajo specifične antigenske receptorje, vključijo v celice T.
3. Proizvodnja receptorjev CAR (označenih s 'c') na površini celic.
4. Modificirane celice T se nato nadalje odvzamejo in vzgajajo v laboratoriju.
5. Po določenem obdobju se vzgojene celice T infundirajo nazaj v bolnika.
Celice T so genetsko spremenjene tako, da izražajo himerrne antigenske receptorje, ki so specifično usmerjeni proti antigenom na tumorskih celicah bolnika, nato pa se infundirajo v bolnika, v katerem napadejo in uničijo rakave celice.[10] Adoptivni prenos celic T, ki izražajo CAR, je obetavno protitumorsko zdravljenje, saj se lahko CAR-modificirane celice T modificirajo tako, da so usmerjene proti praktično kateremu koli antigenu, povezanem s tumorjem.
Začetne raziskave celic CAR-T so se osredotočale na krvne rake. Prvo odobreno zdravljenje je uporabljalo CAR, ki so bili usmerjeni proti antigenu CD19, prisotnem pri B-celičnih rakih, kot sta akutna limfoblastna levkemija (ALL) in difuzni velikocelični limfom B (DLBCL).[11] [12] Potekajo tudi poskusi za modifikacijo CAR, ki so usmerjeni proti številnim drugim vrstam celic krvnega raka, vključno s CD30 pri refraktarnem Hodgkinovem limfomu; CD33, CD123 in FLT3 pri akutni mieloični levkemiji (AML); in BCMA pri multiplem mielomu.[13]
Solidni tumorji so težja tarča.[14] Identifikacija dobrih antigenov je zahtevna: Tovrstni geni se morajo izdatno izražati na večini rakavih celic, na normalnih tkivih pa morajo biti v glavnem odsotni.[15] Celice CAR-T se prav tako ne prenašajo učinkovito v središče solidnih tumorskih mas, sovražno tumorsko mikrookolje pa suprimira T-celično aktivnost.[13]
Klinična preskušanja in odobritev FDA
Prve tri terapije CAR-T, ki jih je odobrila FDA, so bile usmerjene proti antigenu CD19, ki ga izražajo številne vreste B-celičnega raka.[9] Tisagenlecleucel (Kymriah/Novartis) je odobren za zdravljenje recidivne/refraktarne B-celične prekurzorske akutne limfoblastne levkemije (ALL), aksikabtagen ciloleucel (Yescarta/Kite Pharma) in lizokabtagen maraleucel (Breyanzi/Bristol Myers Squibb) pa sta odobrena za zdravljenje recidivnega/refraktarnega difuznega velikoceličnega B-limfoma (DLBCL).[9][16]
Marca 2019 je v svetu potekalo približno 364 kliničnih preskušanj, v katerih so raziskovali celice CAR-T.[17] Večina teh preskušanj je bila usmerjena proti krvnemu raku: terapije CAR-T predstavljajo več kot pol vseh preskušanj na področju hematoloških rakov.[17] CD19 je še naprej najbolj priljubljena antigenska tarča,[18] za njo pa BCMA (pogosto jo izraža diseminirani plazmacitom).[17][19] In 2016, studies began to explore the viability of other antigens, such as CD20.[20] Na področju solidnih tumorjev je preskušanj terapije CAR-T manj, pri čemer približno polovica vseh preskušanj celične terapije zajema druge platforme, npr. celice NK.[17]
Čeprav začetne stopnje klinične remisije po terapiji s celicami CAR-T pri vseh bolnikih dosegajo 90 %,[21] so stopnje dolgoročnega preživetja precej nižje. Vzrok je običajno pojav levkemičnih celic, ki ne izražajo CD19 in se tako izognejo prepoznavi s celicami CD-19 CAR-T, kra imenujemo antigenski pobeg.[13] Predklinična preskušanja razvoja celic CAR-T, usmerjenih proti CD19 in CD22 ali CD19 in CD20, so se izkazala za obetavna in potekajo preskušanja z bispecifičnim usmerjanjem, da bi se izognili zmanjšanju izražanja antigena CD19.[13]
Varnost
Z vnosom celic CAR-T v telo so povezani resni neželeni učinki, vključno s sindromom sproščanja citokinov in nevrološko toksičnostjo.[22] Ker je to zdravljenje razmeroma novo, je podatkov o dolgoročnih učinkih zdravljenja s celicami CAR-T le malo. Še vedno obstajajo pomisleki o dolgoročnem preživetju bolnikov ter zapletih pri nosečnicah, zdravljenih s celicami CAR-T.[23]
Najpogostejša reakcija po zdravljenju s celicami CAR-T je sindrom sproščanja citokinov (cytokine release syndrome – CRS), stanje, pri katerem se imunski sistem aktivira in sprošča številne vnetne citokine. Klinično se ta sindrom kaže podobno kot sepsa, tj. z visoko vročino, utrujenostjo, mialgijo, slabostjo (navzeo), povečano propustnostjo kapilar, tahikardijo in drugimi motnjam delovanja srca, motnjami delovanja jeter in okvaro ledvic.[24] CRS se pojavi pri skoraj vseh bolnikih, zdravljenih s celicami CAR-T. Prisotnost CRS je pravzaprav diagnostični označevalec, ki kaže na želeno delovanje celic CAR-T pri uničevanju rakavih celic.[23] Poudariti je treba, da izrazitejši CRS ne korelira s povečanim odzivom na zdravljenje, vendar pomeni večje bolezensko breme.[23]
Z zdravljenjem s celicami CAR-T pogosto povezujejo tudi nevrološko toksičnost.[25] Osnovni mehanizem je slabo poznan in je lahko povezan s CRS ali pa ne. Klinični znaki so delirij, delna izguba sposobnosti koherentnega govora ob ohranjenem razumevanju govora (izrazna afazija), zmanjšana budnost (otopelost) in epileptični napadi.[23] Pri nekaterih kliničnih preskušanjih se je pojavila smrt zaradi nevrotoksičnosti. Glavni vzrok smrti zaradi nevrotoksičnosti je možganski edem. V študiji, ki jo je opravila družba Juno Therapeutics, Inc., je v kliničnem preskušanju zaradi možganskega edema umrlo pet bolnikov. Dva bolnika sta bila zdravljena samo s ciklofosfamidom, preostali trije pa so bili zdravljeni s kombinacijo ciklofosfamida in fludarabina.[26] V drugem kliničnem preskušanju, ki ga je sponzoriral Center za raziskovanje raka Freda Hutchinsona, so poročali o enem primeru ireverzibilne in smrtne nevrološke toksičnosti 122 dni po vnosu celic CAR-T.[27]
Pričakovani neželeni učinek je anafilaksija, saj se CAR pridobiva s tujim monoklonskim protitelesom in zato spodbuja imunski odziv.
Prepoznavanje tarče na netumorskem mestu pomeni, da celica CAR-T prepozna pravi antigen, vendar tega izraža zdravo, nepatogeno tkivo. To povzroči napad celic CAR-T na netumorsko tkivo, npr. zdrave celice B, ki izražajo CD19. Stopnja tega neželenega učinka je drugačna, kot pri aplaziji celic B, ki se lahko zdravi s podpornimi infuzijami, do skrajne toksičnosti, ki povzroči smrt.[28]
Obstaja tudi majhna verjetnost, da se bodo celice CAR-T same preoblikovale v rakave celice z insercijsko mutagenezo zaradi vstavljanja gena CAR z virusnim vektorjem v tumoski supresor ali onkogen v genomu gostiteljske celice T. Pri nekaterih retrovirusnih vektorjih (RV) je tveganje manjše kot pri lentivirusnih (LV) vektorjih, vendar so lahko onkogeni oboji. Sekvenčna analiza mest vtavitve CAR v celicah T je omogočila boljši vpogled v vlogo in delovanje celic CAR T ter njihovo preživetje in vivo.[15]