Wissenschaftler entwickeln CAR-T-Zellen zur Bekämpfung von Amyloid bei Alzheimer-Krankheit
Forscher der Washington University in St. Louis haben die CAR-T-Immuntherapie angepasst, um aggregiertes Amyloid-Beta in Mäusen anzugreifen, wobei transiente CAR-Expression Gehirnplaques beseitigte. Der Ansatz verwendet CD4+-T-Zellen, die mit Rezeptoren auf Basis von Lecanemab-Antikörpersequenzen konstruiert wurden.
Wissenschaftler unter der Leitung von Jonathan Kipnis an der Washington University in St. Louis berichteten, dass T-Zellen so konstruiert werden können, dass sie chimäre Antigenrezeptoren (CARs) exprimieren, die aggregiertes Aβ erkennen. In Mäusen reduzierten T-Zellen mit stabiler Expression dieser CARs Amyloid in der Dura, während eine Version mit transienter Rezeptorexpression Plaques im Gehirn beseitigte. Die Ergebnisse wurden am 9. Februar in PNAS veröffentlicht.
Die Forscher erstellten den CAR, indem sie die kodierenden Sequenzen für die schwere und leichte Kette der variablen Region von Lecanemab zu einem Einzelketten-Amyloid-bindenden Fragment fusionierten und dieses dann mit den co-stimulatorischen CD28- und CD3ζ-Signaldomänen verbanden. Sie verpackten dieses Konstrukt in einen viralen Vektor.
Erstautor Pavle Boskovic und Kollegen isolierten CD4+-Helfer-T-Zellen aus Wildtyp-Milzen und transduzierten sie, um das Konstrukt stabil zu exprimieren. Im Gegensatz zu zytotoxischen CD8+-Zellen, die in der Krebstherapie zur Zerstörung gezielter Zellen eingesetzt werden, mobilisieren CD4+-Zellen bei Aktivierung andere Immunzellen, einschließlich Mikroglia. Die Wissenschaftler injizierten zwei Dosen CAR-CD4+-T-Zellen im Abstand von drei Wochen in die Venen hinter den Augen von 6 Monate alten 5xFAD-Mäusen. Diese Mäuse exprimieren humane APP- und PSEN1-Transgene mit mehreren AD-assoziierten Varianten und entwickeln bis zu diesem Alter eine ausgeprägte Amyloid-Pathologie.
Nach sechs Wochen enthielten etwa 2 Prozent der Dura-Membran nahe den Brückenvenen Amyloid, verglichen mit 7 Prozent bei den mit Kochsalzlösung injizierten Kontrollen. Im Jahr 2024 hatte Kipnis' Gruppe berichtet, dass Moleküle über „Manschetten" um diese Brückenvenen herum in das Hirnparenchym ein- und austreten. Bei diesem Ansatz traten keine Veränderungen der Amyloid-Pathologie innerhalb des Gehirns selbst auf.
Die Autoren sind der Ansicht, dass die virale Genübertragung für eine stabile CAR-Expression das Risiko einer übermäßigen Immunaktivierung birgt, die in seltenen Fällen zu Neurodegeneration führen kann. Sie versuchten eine alternative Strategie, bei der CD4+-T-Zellen mit Lecanemab-CAR-mRNA transfiziert wurden, sodass die Zellen die Rezeptoren nur vorübergehend exprimierten. Sie injizierten drei Dosen dieser transienten CAR-T-Zellen im Abstand von 10 Tagen in die Augenvenen von 5xFAD-Mäusen. Im Gegensatz zu den zwei Dosen stabil transfizierter CAR-T-Zellen im Abstand von drei Wochen reduzierte dieses häufigere Regime Amyloid-Plaques im Gehirn selbst.
Kipnis vermutet, dass häufigere Dosen in kürzeren Abständen eine Rolle bei der Reduzierung der Gehirn-Plaques gespielt haben. Wiederholte Verabreichung könnte auch sicherer sein als die Verwendung viral transduzierter Zellen. Die Autoren wissen noch nicht, wie diese Lecanemab-CAR-T-Zellen Amyloid aus der Dura oder dem Parenchym entfernen. Kipnis vermutet, dass die Zellen Faktoren sezernieren, die die körpereigenen Immunzellen wie Mikroglia rekrutieren, um diese Aufgabe zu übernehmen, und erklärte, dass zukünftige Arbeiten diesen Mechanismus klären werden.
CARs sind im Labor hergestellte Zellmembranrezeptoren, die T-Zellen auf bestimmte Ziele umlenken. In den späten 1980er Jahren schufen Zelig Eshhar und Kollegen am Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel, die ersten Versionen, indem sie ein Einzelketten-Antikörperfragment mit einer intrazellulären Signaldomäne fusionierten, die T-Zellen aktiviert, sobald der CAR-Rezeptor sein Ziel bindet. Obwohl dies ein konzeptioneller Durchbruch war, lösten diese CARs die T-Zell-Aktivierung nur schwach aus. In den späten 1990er und frühen 2000er Jahren begannen Wissenschaftler, co-stimulatorische Domänen zu CARs hinzuzufügen, um ein sekundäres Aktivierungssignal nachzuahmen. Dies verbesserte die Aktivierung und das Überleben der Zellen in Tiermodellen von Krebs und später bei Menschen erheblich.
CAR-T-Therapie funktioniert am besten gegen Blutkrebs und lenkt T-Zellen auf maligne B-Zellen, indem sie Proteine auf deren Oberfläche wie B-Zell-Reifungsantigen oder CD19 anvisiert.
In paralleler Forschung zu CAR-T-Sicherheitsbedenken hat ein Wissenschaftlerteam von Ludwig Lausanne unter der Leitung von Melita Irving und Greta Maria Paola Giordano Attianese zusammen mit Kollegen an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne eine innovative CAR-T-Zell-Plattform entwickelt, die ferngesteuert und reversibel abgeschaltet werden kann. Ihre in Nature Chemical Biology veröffentlichten Ergebnisse adressieren formidable Hindernisse wie das Risiko von Kollateralschäden an gesunden Zellen und potenziell lebensbedrohlicher Immunhyperaktivierung.
Die neuartige Technologie verbessert die Kontrolle über CAR-T-Zellen mittels eines „Drug-Regulated Off-Switch Protein-Protein Interaction CAR" (DROP-CAR), der die Rezeptorintegrität an der Zelloberfläche moduliert. Dieses System beruht nicht auf dem Abbau von CAR-Komponenten oder der Induktion des CAR-T-Zelltods, wie frühere Abschaltdesigns. Stattdessen nutzt es eine fein konstruierte Proteinschnittstelle, die vollständig aus humanen Elementen besteht und so die Immunogenität minimiert. Die extrazelluläre Domäne enthält ein rechnerisch designtes humanes Protein namens dmLD3, das BCL-2 mit außerordentlicher Affinität bindet. Die Antigen-bindende Einheit des CAR ist mit einem komplementären BCL-2-Fragment versehen.
Venetoclax, ein FDA-zugelassenes Krebsmedikament, das für seine hochaffine Bindung an BCL-2 bekannt ist, dient als molekulare Fernbedienung in diesem System. Die Verabreichung von Venetoclax stört kompetitiv die dmLD3-BCL-2-Interaktion, wodurch die extrazelluläre CAR-Architektur dissoziiert und der Rezeptor zerfällt, was die Tumor-gerichtete Funktion der CAR-T-Zelle effektiv zum Schweigen bringt. Entscheidend ist, dass die CAR-Rezeptoren sich nach dem Absetzen von Venetoclax schnell wiederaufbauen und die zytotoxische Aktivität wiederherstellen. Dieser reversible Mechanismus ermöglicht eine präzise zeitliche Modulation der CAR-T-Zellfunktion, ohne Apoptose oder Zellentfernung auszulösen, und bewahrt die therapeutische Zellpopulation über Behandlungszyklen hinweg.
Das DROP-CAR-Design bietet eine potenzielle Lösung für Antigen-getriebene Erschöpfung, ein Phänomen, bei dem anhaltende Stimulation in der immunsuppressiven Tumormikroumgebung zu einem dysfunktionalen T-Zell-Zustand führt, der durch epigenetische und transkriptomische Umbauprozesse gekennzeichnet ist, die Effektorfunktionen einschränken. Das Design ermöglicht Behandlungsprotokolle, bei denen CAR-T-Zellen vorübergehend „pausiert" werden können, sodass sie sich erholen und ihre Funktion wiederlangen, bevor sie reaktiviert werden. Eine solche zeitliche Kontrolle könnte die Dauerhaftigkeit und Wirksamkeit von CAR-T-Therapien gegen solide Tumoren verlängern, die häufig stark suppressive Milieus aufweisen.