Как работает противораковая терапия CAR-T: эффективность и риски

Подготовить этот материал нам помогла Ксения Левчук — кандидат биологических наук, младший научный сотрудник Института онкологии и гематологии Национального медицинского исследовательского центра имени В. А. Алмазова.

Что такое CAR-T-клетки

CAR-T-клетки — это Т-лимфоциты, на поверхности которых есть два рецептора.

1. Первый — TCR, он отвечает за распознавание широкого спектра антигенов.
2. Второй — CAR, его генетически привносят в лимфоцит (после забора крови у пациента), чтобы он потом целенаправленно распознавал и уничтожал раковые клетки. После обнаружения патогенной клетки в лимфоцитах запускается механизм, который заставляет CAR начать борьбу при контакте с раковой клеткой.

Изображение: © Яна Алябьева / «Сириус(Журнал»

Сам рецептор называется химерным, потому что состоит из нескольких частей:

• внеклеточного фрагмента, который распознаёт заданную специалистами антиген-мишень на поверхности мембраны опухолевой клетки;
• внутриклеточного фрагмента, который запускает ключевую противоопухолевую функцию Т-лимфоцитов (он содержит активационные сигнальные фрагменты комплекса TCR (белки, которые запускают передачу сигнала при связывании TCR c антигеном));
• шарнира, соединяющего два фрагмента и облегчающего процесс связывания с антигеном опухоли.

Такая структура даёт возможность Т-лимфоцитам целенаправленно реагировать на опухолевые клетки-мишени и распознавать любые чужеродные последовательности, а не только те, которые представлены в виде коротких цепочек аминокислот в составе комплекса гистосовместимости MHC. Главная задача химерных рецепторов — использовать Т-лимфоциты и приумножать их иммунные функции для борьбы с болезнями, дополняя обычные рецепторы лимфоцитов. 

Структура рецептора CAR и его функции — это уникальное сочетание фундаментальных биологических свойств Т-лимфоцитов и генно-инженерного инструментария молекулярной биологии

Как появились CAR-T-клетки 

Впервые Зелиг Эшхар использовал терапию лимфоцитами при раке яичников в 1996 году, однако результаты оказались весьма скромными Фото: © Gairdner les prix Canada Gairdner awards

В 1989 году израильский иммунолог и онколог Зелиг Эшхар попробовал объединить способности антител к распознаванию врагов организма с умением Т-лимфоцитов их уничтожать. Он выделил участок антитела, который помогает клеткам иммунитета распознавать патогены, и с помощью рекомбинантного вируса перенёс эту часть в Т-лимфоциты. Так появился первый гибридный рецептор. Его внеклеточный фрагмент был от моноклонального антитела, а внутриклеточный — от лимфоцитарного TCR. Первый гибрид имел большой недостаток — его внутренний фрагмент не всегда правильно реагировал на команды внешнего. Такие CAR-T-лимфоциты были способны уничтожать опухолевые клетки, но не могли осуществлять собственную активацию и деление в ответ на связывание опухолевого антигена. На этом этапе стало ясно, что структура CAR неидеальна и требует мощного внутреннего стимула, который присущ обычным Т-лимфоцитам человеческого организма.

Позднее группа американского учёного Мишеля Саделайна осуществила ключевую модификацию первой структуры CAR, добавив в неё дополнительный участок внутриклеточного домена CD28. Таким образом, появилась новая улучшенная конструкция, внутриклеточная часть которой стала более чувствительной благодаря добавлению ко-стимуляционного домена. Опыты in vitro показали, что Т-лимфоциты с новой конструкцией не только успешно находят и уничтожают раковые клетки крови, но также поддерживают активное деление и долгосрочную персистенцию после встречи с целевым антигеном. Благодаря добавлению ко-стимулирующего домена и активации нативного сигналинга учёные смогли убедиться, насколько чувствительны CAR-T-лимфоциты и зависимы от структуры самого рецептора CAR, поддающегося разнообразным генно-инженерным изменениям. Дальнейшие модификации привели к образованию пяти поколений химерных рецепторов, среди которых специалисты теперь могут выбирать CAR-T-лимфоциты со свойствами, подходящими для борьбы с конкретным видом опухоли. Продуктивное сотрудничество научных групп Зелига Эшхара, Мишеля Саделайна и Стивена Розенберга (американский хирург-онколог, один из пионеров исследований в области иммунотерапии рака) — яркий пример разработки научной концепции и её трансформации от лаборатории до первых терапевтических препаратов, эффективно применяемых в клинике.

Как работает CAR-T-терапия

Перед началом курса каждый пациент проходит процедуру лейкафереза — забора лейкоцитов из крови. Процедура занимает около четырёх часов и помогает оценить качество и количество иммунных клеток, циркулирующих в кровяном русле. После забора клетки отправляются в лабораторию, где происходят их сортировка и активация — процессы изоляции Т-лимфоцитов и запуска их клеточного деления. В это время пациент может пройти процедуру лимфодеплеции. Она позволяет удалить оставшиеся обычные лимфоциты, чтобы в крови циркулировали только «обученные», способные распознавать опухоль. 

Клетки отбирают особым образом. Специалисты «вылавливают» и наращивают количество только тех лимфоцитов, которые относятся к кластерам дифференцировки CD4 (хелперы) и CD8 (киллеры). Остальные клетки и В-лимфоциты удаляют. Отобранные Т-лимфоциты могут быть модифицированы несколькими методами:

• с помощью рекомбинантного вируса, в геном которого встроен рецептор CAR, способный распознавать опухоль; 
• с помощью мРНК, которая внедряется в лимфоцит и способствует синтезу противоопухолевого рецептора.

Выделенный на этой иллюстрации тимус — орган, в котором происходит дифференцировка стволовых кроветворных клеток в Т-лимфоциты. Проще говоря, там проходит иммунологическое «обучение» Т-лимфоцитов Изображение: © IMAGO / Science Photo Library

После изменения лимфоциты с рецепторами CAR проходят этап экспансии ex vivo — активного деления в течение нескольких дней. После этого их вводят в организм пациента. Вся терапия от изоляции лимфоцитов до возвращения их обратно в кровяное русло занимает около 10 дней. На сегодняшний день сфера биотехнологических разработок позволяет осуществить полный цикл синтеза CAR-T-клеточного биопродукта в виде автоматизированных или полуавтоматизированных закрытых систем. 

Эффективность CAR-T-терапии

Создание персонализированного препарата для каждого пациента — долгий и дорогостоящий процесс, результат которого зависит от нескольких факторов. 

• Место производства и скорость доставки. Если человек проходит лечение в больнице, где есть лаборатория, которая занимается производством CAR-T-препаратов, стоимость терапии существенно снижается, ведь клетки пациента не нужно замораживать и перевозить.
• Качество лимфоцитов пациента. CAR-T терапия применяется в качестве третьей или четвертой линии борьбы с онкологическими заболеваниями. После нескольких курсов химиотерапии количество и качество иммунных клеток пациента сильно снижено, потому что лимфоциты либо утрачивают способность делиться, либо делают это очень медленно. Один из важных этапов — искусственное наращивание нужного количества здоровых иммунных клеток, которые далее будут экспрессировать рецепторы CAR.
• Тип лимфоцитов. Дороговизна индивидуального подхода очевидна. Но сегодня на рынке также доступен протокол лечения аллогенными клетками — это лимфоциты, взятые у здорового донора и не имеющие молекул TCR/MHC-I. Они созданы для большого числа пациентов с одинаковым диагнозом, поэтому такая терапия дешевле персонализированной. 

В 2017 году в США были впервые официально зарегистрированы два главных CAR-T- клеточных продукта: Kymriah и Yescarta. После их вывода на рынок случился прорыв в этой области медицины. Появились первые пациенты, которые ушли в полную ремиссию. Были проведены клинические исследования, доказавшие, что метод действительно эффективен и может применяться не только для онкогематологических заболеваний, но и в перспективе для солидных опухолей. Благодаря успешным результатам и доказательной базе проведённых клинических исследований многие пациенты по всему миру получили абсолютно реальную надежду на полное избавление от злокачественных новообразований.

Острый лимфобластный лейкоз — один из самых распространённых видов онкологии у маленьких детей, и один из существующих CAR-T-препаратов позволяет с ним бороться Фото: © Pixel-Shot / Shutterstock / FOTODOM

Что ещё лечат лимфоцитами?

Использование модифицированных Т-лимфоцитов считается перспективным подходом не только в борьбе с онкологическими заболеваниями. Их также можно применить для лечения сердечного фиброза. При такой патологии из-за повреждения клеток стенок миокарда появляются рубцы. Лимфоциты с экспрессированным на них химерным рецептором FAP-CAR узнают повреждённые клетки, снижают степень фиброза и восстанавливают нормальную работу мышечной ткани сердца. 

Другая перспективная область применения модифицированных лимфоцитов — борьба с сенесцентными клетками, которые способны влиять на своё микроокружение, что может спровоцировать развитие опухоли. Уничтожение сенесцентных клеток с помощью CD87-CAR-клеток помогает остановить рост опухоли и предотвращает развитие рецидива.

Также многообещающими кажутся результаты клинического исследования применения бивалентного продукта EGFR/IL-13Rα2 CAR-T-лимфоцитов против рекуррентной формы глиобластомы. По итогам I фазы исследования сообщается о безопасности продукта и наличии противоопухолевого эффекта. 

Терапия CAR-T-клетками может стоить несколько миллионов рублей Фото: © Анастасия Черкасова / Медиадом «Сириус»

Кроме того, модификация лимфоцитов помогает бороться с аутоиммунными заболеваниями: болезнью Крона, ревматоидным артритом, рассеянным склерозом, системной красной волчанкой. Касательно последней патологии терапия модифицированными T-клетками привела к длительной ремиссии у большинства пациентов с тяжёлыми формами, позволив отменить традиционную иммуносупрессию. 

Риски CAR-T-терапии

Побочные эффекты от использования модифицированных Т-лимфоцитов могут быть гораздо сильнее, чем после курса химиотерапии. Вмешательство в привычную физиологичную работу иммунной системы способно вызывать цитокиновый шторм — системную воспалительную реакцию, во время которой клетки иммунитета атакуют собственные ткани организма. Отсюда риск полиорганной недостаточности и даже летального исхода. 

Другой серьёзный побочный эффект — нейротоксичность. Если модифицированные CAR-T-лимфоциты в большом количестве проникнут в мозг, это может привести к реакции на микрососудистое русло мозга и разрушению нейронов. Поэтому CAR-T терапия всегда проводится под стационарным присмотром врачей с ежедневным наблюдением и исключительно в медицинских центрах с реанимационным отделением. 

Но несмотря на риски и высокую стоимость, успехи CAR-T-терапии внушают многим пациентам надежду — этот метод открывает путь к потенциальному полному излечению, а не просто контролю симптомов хронических болезней.