Ученые адаптировали иммунотерапию CAR-T для борьбы со скрытыми резервуарами ВИЧ

Группа ученых из Гладстона и их коллег из Xyphos Biosciences Inc. описала новый способ обнаружения и уничтожения в организме клеток, пораженных ВИЧ. Работа, опубликованная на этой неделе в журнале Cell, рассказывает о модифицированной версии технологии CAR-T, известной своими недавними успехами в борьбе с раком крови. Благодаря ряду усовершенствований, обеспечивающих большую широту охвата и универсальность, новая технология ConvertibleCAR продемонстрировала большие перспективы в борьбе с ВИЧ, подтвердив, что ее можно использовать для сокращения числа клеток, образующих вирусный резервуар.

Как известно, АРВТ лишь подавляет ВИЧ-инфекцию, но не уничтожает вирус полностью. Некоторые штаммы «укрываются» внутри клеток, образуя так называемые скрытые резервуары. Из них ВИЧ выходит, когда пациент прерывает лечение, что вынуждает их постоянно принимать препараты.

Скрытый резервуар является основным барьером на пути к искоренению ВИЧ / СПИДа, и борьба с ним – давняя цель многих ученых, в том числе д-ра Уорнера С. Грина, директора Центра исследований по лечению ВИЧ-инфекции в Институте Гладстона.

«Наши усилия направлены на сокращение латентного резервуара и выработку иммунного ответа, который сможет контролировать резервуар меньшего размера и позволит пациентам прекратить прием АРВТ. Эта «стратегия сокращения и контроля» способна привести к устойчивой ремиссии ВИЧ или функциональному излечению, считает д-р Грин.

Обычная технология CAR-T включает создание особых форм иммунных клеток, известных как цитотоксические Т-клетки, для экспрессии на их поверхности урезанной версии антитела. Эта часть антитела позволяет цитотоксической Т-клетке проникать в клетку-мишень - например, в лейкозную клетку - и уничтожать ее. Однако для каждого нового патогена или раковой клетки должна быть изготовлена ​​своя собственная клетка CAR-T с индивидуальным «нацеливающим» антителом на ее поверхности. Это крайне трудоемкая задача.

В отличие от описанной стратегии, технология ConvertibleCAR позволяет комбинировать цитотоксическую «киллерную» Т-клетку с любым количеством антител. Эта особенность имеет решающее значение для борьбы с патогеном, в частности, ВИЧ, у которого, как известно, существуют сотни различных вариантов.

«Эта гибкая технология может революционизировать систему CAR-T, создав однократную доставку конвертируемых клеток CAR в клетки и предоставив врачу возможность вводить антитело или набор антител, которые лучше всего подходят для лечения пациента, будь то ВИЧ-инфекция или лейкоз», - отметил д-р Грин.

Использование технологии может быть весьма многообещающим, однако сейчас ее разработка находятся лишь на ранней стадии.

«Это исследование является экспериментом, доказывающим, что возможно объединить перспективный метод разработки антител против ВИЧ, известных как «широко нейтрализующие», с конвертируемыми клетками CAR для успешной атаки на резервуар», - считает специалист.

Джеймс Найтон, генеральный директор и соучредитель Xyphos, где была впервые предложена разработка, согласился с Грином: «Результаты, полученные в рамках этого проекта, обеспечивают превосходную валидацию технологии и дают возможность изменить способ лечения заболевания уже сегодня».

«Модульное оружие» для врага, изменяющего форму

Обычные клетки CAR-T оказались чрезвычайно эффективны в борьбе с раком крови, в частности, некоторыми типами лимфом и лейкемии у детей.

Однако в качестве терапии ВИЧ-инфекции они оказались далеко не так успешны.

«Некоторые недостатки обычного CAR-T, - как объяснил д-р Эйтан Херциг, ученый из лаборатории Грина и первый автор исследования, - заключаются в том, что данная технология предназначена для нацеливания одной молекулы на раковые клетки, и их уже нельзя будет контролировать после введения инъекции пациенту».

ВИЧ – патоген, чрезвычайно быстро изменяющий свою форму и способный со временем выработать устойчивость к терапии одним лекарственным средством. Ввиду этого инфицированный человек вынужден принимать сразу несколько препаратов, имеющих различные векторы воздействия на вирус.

Это объясняет то, почему так долго не было успехов в работе с клеткой CAR-T, несущей лишь одно ВИЧ-специфическое антитело. Ученые из Xyphos сумели преодолеть большинство из указанных недостатков технологии, отделив «нацеливающее» антитело от цитотоксической клетки-киллера.

«Мы разработали трансформируемую клетку CAR, чтобы Т-клетка экспрессировала на своей поверхности человеческий рецепторный белок под названием NKG2D, который был минимально модифицирован», - объяснил главный научный сотрудник Xyphos д-р Дэвид В. Мартин.

Этот модифицированный рецептор NKG2D способен превратить Т-клетку в мощное оружие, но только тогда, когда он связан со своим «партнером», каковым является белок MIC-A. Последний ученые из Xyphos урезали и усовершенствовали, чтобы он связывался исключительно с модифицированным рецептором NKG2D в конвертируемой клетке CAR. Затем специалисты соединили его с базой выбранного антитела, создав то, что они назвали MicAbody®. В результате целенаправленной работы MicAbody тесно и прочно связывается с ячейкой convertibleCAR.

«MicAbody – это элегантное решение, и его гораздо проще создавать и копировать, чем целую новую ячейку CAR-T», - отметил д-р Мартин.

Вместо того чтобы изготавливать отдельную ячейку CAR для каждой цели, ученые теперь могут управлять одной ячейкой ConvertibleCAR и комбинировать ее с выбранными MicAbody.

Помимо  этого, модифицированная комбинация NKG2D-Mic обеспечивает удобное средство доставки особого «переключателя», необходимого для устранения ложных CAR-T клеток, или «ускорения» существующих, если долго не активировались.

«Поскольку [продукт] модульный, мы считаем, что ConvertibleCAR будет более безопасным, и более универсальным и поддающимся внешнему воздействию, чем обычный CAR-T», - считает Мартин.

Но будет ли технология работать на чем-то, кроме рака крови, для которого она была первоначально разработана?

Мощная комбинация

В своих предыдущих работах, исследующих механизмы по борьбе со скрытым резервуаром ВИЧ, Херциг и Грин тестировали антитела нового типа, или так называемые bNAb – «широко нейтрализующие антитела».

«Их называют широко нейтрализующими, потому что они не просто нейтрализуют один конкретный штамм вируса; они на огромное количество штаммов», - пояснил Херциг.

Но одних только bNAb недостаточно, чтобы уничтожить пораженные ВИЧ клетки. Необходимы также Т-клетки-киллеры, и проблема для пациентов с ВИЧ заключается в том, что их Т-киллеры крайне истощены или их латентный резервуар содержит вирусы, устойчивые к этим клеткам.

Херциг и Грин рассуждали, что, комбинируя bNAb и конвертируемые клетки CAR, они смогут получить необходимое им оружие.

Они принимали участие в совместной работе с учеными из Xyphos, целью которой было создать MicAbody на основе bNAb и протестировать конвертируемые клетки CAR в сочетании с Mic-bNAb на различных образцах.

Херциг изучил работу этих комбинаций на различных типах CD4 Т-клеток - естественных мишеней ВИЧ - с участием различных штаммов вируса. В частности, он использовал клеточный препарат, полученный из миндалин человека; Т-клетки миндалин, как известно, являются скрытым резервуаром. Он хотел убедиться, что комбинация ConvertibleCAR / Mic-bNAb сумеет уничтожить «ложные» Т-клетки, представляющие скрытый резервуар ВИЧ.

Результаты оказались превосходными: клетки ConvertibleCAR в сочетании с Mic-bNAb целенаправленно уничтожали инфицированные CD4 T-клетки, не трогая здоровые. При этом необходимый эффект наблюдался только в сочетании с Mic-bNAb. Они уничтожали CD4 Т-клетки, пораженные различными штаммами вируса.

Интересно, что сочетание Mic-bNAb и MicAbody, направленное на раковые клетки, ConvertibleCAR способен эффективно бороться как с раком, так и с ВИЧ.

Другими словами, ConvertibleCAR продемонстрировал ожидаемую от него универсальность и специфику.

Наконец, Херциг и Грин проверили, способна ли трансформируемая платформа CAR / Mic-bNAb атаковать скрытый резервуар в крови ВИЧ-позитивных на АРВТ.

Чтобы сделать эти клетки видимыми для ConvertibleCAR, культуры изначально должны были быть активированы соединениями, известными как «агенты, изменяющие латентность». После этого в результате введения состава в течение 48 часов более половины активированных ВИЧ-экспрессирующих клеток были уничтожены.

«Эта платформа имеет очень большие перспективы», - заключил Грин.

Перспективы

Тем не менее, все еще остается достаточно много препятствий внедрения технологии в клиническую практику.

Во-первых, резервуар обычно «невидим» для иммунной системы, он должен быть сначала активирован для производства вирусных белков, на которые bNAb будут нацелены. В настоящее время «агенты-активаторы» включают в себя химические вещества, имеющие слишком высокую токсичность. Другие же соединения, даже будучи безопасными, не достаточно эффективны.

«Однако если мы сможем единовременно активировать от 5 до 10 процентов резервуара и  уничтожить его с помощью bNAb, вооруженного MicAbody, со временем нам удастся значительно сократить его размер», - уверен Херциг.

«Тем не менее, необходимы лучшие реактивирующие агенты», - считает Грин.

Кроме того, клетки ConvertibleCAR, полученные в лаборатории, способны вызывать нежелательные иммунные ответы у хозяина, если они получены не из собственных клеток пациента. Это делает технологию крайне дорогой. В настоящий момент специалисты изучают варианты с универсальными донорскими клетками, генетически модифицированными, чтобы избежать иммунной атаки или отторжения организмом пациента. Эта работа может привести к созданию единой клетки ConvertibleCAR для всех пациентов, всех мишеней и множества заболеваний.

Благодаря этим достижениям, перспективы ConvertibleCAR в сочетании с bNAb неоспоримы.

«Технология ConvertibleCAR может помочь продвинуться вперед к излечению ВИЧ, особенно сейчас, когда достигнут огромный прогресс в создании универсальных донорских клеток. Эти клетки со временем значительно сократят нынешнюю высокую стоимость этого подхода», - считает Грин.

Более того, «возможность копирования одной клетки ConvertibleCAR с несколькими MicAbody сделает эту платформу весьма перспективной для решения других задач, связанных с множественными вариантами клеток или патогенов - в частности, рака - и позволит избежать универсальной проблемы лекарственной устойчивости», - уверен Найтон.