Neue Engineering-Strategien stärken CAR-NK- und CAR-T-Zelltherapien gegen Krebs
Aktuelle Studien zeigen deutliche Fortschritte bei gentechnisch entwickelten Immunzelltherapien gegen Krebs. Dazu zählen CAR-T-Zellen mit NR2F6-Deletion zur besseren Wirksamkeit bei soliden Tumoren sowie ein Verfahren zur Massenproduktion von CAR-NK-Zellen aus CD34+ Stammzellen aus Nabelschnurblut, das hohe Zellzahlen bei deutlich geringerem Bedarf an Virusvektoren ermöglicht.
Forscher haben mehrere neue Ansätze identifiziert, um gentechnisch entwickelte Immunzelltherapien für die Krebsbehandlung deutlich zu verbessern. Fortschritte sowohl bei CAR-T- als auch bei CAR-NK-Zelltechnologien zeigen Potenzial, aktuelle Einschränkungen zu überwinden.
In der CAR-T-Zellforschung fanden Wissenschaftler heraus, dass die Deletion von NR2F6, einem nukleären Rezeptor, der zuvor als molekularer Checkpoint bei der Unterdrückung von Immunantworten erkannt wurde, zu einer deutlichen Verbesserung der Wirksamkeit von CAR-T-Zellen gegen solide Tumoren führt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Entfernen von NR2F6 erschöpfte CAR-T-Zellen wiederbelebt und es ihnen ermöglicht, ihre Aktivität gegen Tumorzellen wirksamer und länger aufrechtzuerhalten. Diese Entdeckung liefert Einblicke, wie eine der größten Herausforderungen der Krebsimmuntherapie überwunden werden kann – nämlich der begrenzte Erfolg von CAR-T-Behandlungen bei der Bekämpfung solider Tumoren im Vergleich zu Blutkrebserkrankungen.
Unterdessen entwickelte ein Team am Institute of Zoology of the Chinese Academy of Sciences eine bahnbrechende Methode zur Massenproduktion von natürlichen Killerzellen für die Krebsimmuntherapie. Anstatt reife NK-Zellen zu modifizieren, begannen die Forscher mit CD34+ hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSPCs) aus Nabelschnurblut. Das Team stellte fest, dass eine einzelne CD34+ HSPC bis zu 14 Millionen iNK-Zellen oder 7,6 Millionen CAR-iNK-Zellen erzeugen kann. Die Forscher schätzen, dass ein Fünftel einer typischen Nabelschnurbluteinheit theoretisch genügend Zellen für Tausende oder sogar Zehntausende von Behandlungsdosen liefern könnte. Die Ergebnisse wurden in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht.
Das chinesische Team verwendete ein dreistufiges System. Zunächst expandierten sie CD34+ HSPCs mithilfe bestrahlter AFT024-Feederzellen. Innerhalb von 14 Tagen vermehrten sich die Zellen etwa 800- bis 1.000-fach. Anschließend wurden die expandierten Zellen mit OP9-Feederzellen kultiviert, um künstliche hämatopoetische Organoid-Aggregate zu erzeugen – Strukturen, die eine effiziente Festlegung auf die NK-Linie (lineage commitment) und Entwicklung unterstützen. In der letzten Phase durften Zellen, die sich auf die Differenzierung zu NK-Zellen festgelegt hatten, weiter ausreifen und sich weiter vermehren. Dieser Prozess erzeugte hochreine iNK- oder CAR-iNK-Zellen, die endogenes CD16 exprimierten.
Eine weitere wichtige Verbesserung war die starke Reduktion der für das CAR-Engineering benötigten Virusvektormenge. Verglichen mit der Menge, die üblicherweise zur Modifikation reifer NK-Zellen erforderlich ist, wurde bei dieser Methode nur etwa ~1/140.000 (bis Tag 42 der Kultur) bis ~1/600.000 (bis Tag 49) der Virusvektormenge eingesetzt.
In Labortests zeigten sowohl iNK- als auch CAR-iNK-Zellen eine starke Fähigkeit, Tumorzellen abzutöten. In Mausmodellen für humanes B-Zell-akutes lymphoblastisches Leukämie (B-ALL), einschließlich cell line-derived xenograft und patient-derived xenograft, reduzierten CD19 CAR-iNK-Zellen das Tumorwachstum und verlängerten das Überleben der Tiere.
Unabhängig davon testeten Forscher am Ribeirão Preto Blood Center und am Center for Cell-Based Therapy neue chimäre Antigenrezeptor-Designs, die spezifische kostimulatorische Domänen wie 2B4 und DAP12 enthalten. Diese Domänen wirken wie interne Aktivierungsschaltkreise und bestimmen, wie stark eine NK-Zelle ihren Angriff verstärkt, sobald der CAR ein Ziel erkennt. Unter Verwendung der NK-92-Zelllinie stellte das Team fest, dass die modifizierten Zellen Tumorzellen wirksamer abtöteten und eine stärkere antitumorale Aktivität zeigten. Die Ergebnisse wurden in Frontiers in Immunology veröffentlicht.
In den Experimenten trug die Ergänzung um 2B4 und DAP12 dazu bei, die Zellen in einen aggressiveren Zustand zu versetzen, sie also „angriffsbereit“ zu machen, und verbesserte ihre Fähigkeit, Tumoren zu zerstören. Die Forscher untersuchten zudem einen praktischen Weg, diese Stärke zu steuern: eine vorübergehende pharmakologische Kontrolle mit dasatinib. Anstatt die Zellen dauerhaft zu verändern, wurde dasatinib als kurzfristiges Werkzeug zur Modulation der Aktivierung eingesetzt. In Tiermodellen zeigten CAR-NK-Zellen, die mit 2B4-DAP12 konstruiert und mit dasatinib vorbehandelt worden waren, eine bessere Tumorkontrolle als traditionelle Versionen.
Die Arbeiten zu aus Nabelschnurblut abgeleiteten NK-Zellen wurden vom Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China und der National Natural Science Foundation of China sowie durch weitere Förderquellen unterstützt. Das CTC ist eines der Research, Innovation, and Dissemination Centers, die von FAPESP gefördert werden.