Klar att använda CAR-T-terapi: en skälig eller en verklig framtid?

Sedan CAR-T-terapin godkändes första gången 2017 har genombrottet i preklinisk och klinisk utveckling av denna genombrottsterapi blivit explosiv tillväxt. Vid ASH-årsmötet förra året visade CAR-T-terapin som utvecklats av Janssen / Nanjing Legend, Bristol-Myers Squibb (BMS), Gilead Sciences / Kite Pharma och många kinesiska biomedicinska företag fantastiska data. I år är det mer troligt att mer än två CAR-T-behandlingar kommer att godkännas av FDA, och antalet godkända terapier kommer att fördubblas.

Även om den godkända CAR-T-terapin har visat en utmärkt och långvarig effekt vid behandling av blodcancer, står dess marknadsföring inför många utmaningar. Den för närvarande godkända CAR-T-behandlingen är en autolog CAR-T-terapi, vilket innebär att läkare måste få T-celler från patienter och uttrycka den chimära antigenreceptorn mot cancerantigener på ytan av T-celler genom genteknik in vitro. (CAR) och sedan återförs de prolifererade cellerna till patienten. Denna tråkiga produktionsprocess kan ta upp till 3 veckor och är kostsam. Vissa patienter kan inte tillhandahålla tillräckligt med T-celler på grund av deras hälsa, förbehandling och andra skäl, vilket gör att de inte kan dra nytta av denna genombrottsteknologi.

Att få celler från friska givare för att göra allogena CAR-T-celler har potential att möta dessa utmaningar som autologa CAR-T-celler står inför. I början av det nya året gav en översyn som publicerades i Nature Reviews Drug Discovery en djupgående inventering av utvecklingsstatusen för "klar att använda" allogen CAR-T-terapi.

Fördelar och utmaningar med allogena CAR-T-celler

Tillverkningsprocessen av allogena CAR-T-celler börjar med T-celler eller andra celltyper erhållna från friska givare. Efter att dessa celler är genetiskt konstruerade för att uttrycka CAR som kan rikta cancerceller på cellytan, genomgår de ytterligare behandling. Genredigering minskar risken för att allogena CAR-T-celler attackerar värden och möjligheten att värdceller avvisar allogena CAR-T-celler. Dessa celler odlas sedan, förökas, renas och delas in i produkter som kan användas när som helst och lagras frysta.

Fördelarna med denna CAR-T-terapi är:

Ett stort antal CAR-T-celler kan genereras från celler som tillhandahålls från en enda frisk givare, vilket uppfyller behoven hos ett stort antal patienter. Till exempel säger Allogen, som har åtagit sig att utveckla allogena CAR-T-celler, att celler som erhållits från en frisk givare kan användas som en CAR-T-terapi för 100 cancerpatienter.

Dessa celler har genererats och frystes i lager, och patienter som behöver behandlas behöver bara tina stamterapin för att få omedelbar behandling, vilket eliminerar förseningarna i tillverkningsprocessen för autolog CAR-T-terapi.

Dessutom kan cancerpatienter vanligtvis inte få flera CAR-T-behandlingar på grund av begränsningen av antalet egna T-celler. Den allogena CAR-T-terapin kan lättare behandla patienter upprepade gånger och ändra antigenet som målas av CAR-T-terapin för att övervinna motståndet mot CAR-T-terapin.

Utvecklingen av allogen CAR-T-terapi måste emellertid också möta två unika utmaningar: för det första kan de allogena celler som införs i patienten attackera värden, vilket leder till livshotande transplantat-mot-värdsjukdom (GVHD); och allogena celler kan snabbt igenkännas och elimineras av värdens immunceller, vilket begränsar deras antitumoraktivitet.

Strategier för att hantera transplantat kontra värdsjukdom

Anledningen till att allogena CAR-T-celler attackerar värdvävnader är att T-cellreceptorerna (TCR: er) uttryckta på ytan av dessa T-celler kan känna igen alloantigener på värdvävnaderna och därmed utlösa T-cellattacker på värdvävnaderna. För närvarande är strategier för att övervinna graft-kontra-värdsjukdom huvudsakligen indelade i två kategorier: en använder genredigeringsmetoder för att eliminera naturligt TCR-uttryck på T-celler, och den andra använder andra celltyper som inte orsakar GVHD.

Genredigeringsmetod eliminerar TCR: s naturliga TCR-uttryck

TCR uttryckt naturligt på ytan av vanligt använda T-celler av a-typ är nyckeln till att medla attacken av dessa T-celler på värden. Forskare har utvecklat flera metoder för att förhindra TCR-uttryck på ytan av dessa celler. En av de snabbast växande metoderna är användningen av genredigerande teknik. TCR-proteinkomplexet på ytan av a-typ-T-celler består av en a-kedja och en p-kedja, och endast en gen kodar de konstanta regionerna i a-kedjan. Därför är störande gener som kodar T-cellreceptorns alfakedjekonstantregion (TRAC) ett direkt och effektivt sätt att förhindra uttrycket av alfa-P-typ TCR. Allogena CAR-T-terapier genererade med denna strategi har gått in i kliniska prövningar.

Fördelen med denna strategi är att CAR-T-celler kan tillverkas med användning av ett stort antal a-typ T-celler i friska donatorer som råmaterial. Det finns olika genredigeringsmetoder som kan användas för att specifikt störa gener som kodar för TRAC, inklusive zink finger nuclease (ZFN), transkriptionsaktivatorliknande effektor nuclease (TALEN), MegaTAL och CRISPR genredigeringssystem. I den senaste studien använde forskarna cellens homologa rekombinationsmekanism för att rikta den CAR-uttryckande transgenen till TRAC-genstället. Denna strategi har effekten av "två fåglar med en sten". Samtidigt som det naturliga TCR-uttrycket av T-celler förstörs, uttrycks CAR-transgenen på TRAC-genstället och accepterar regleringen av den naturliga TCR-genpromotorn. Djurförsök har visat att CD19-riktad CAR-T-terapi genererad genom denna strategi har bättre anti-canceraktivitet än CAR-T-terapi genererad genom slumpmässig insättning av CAR-transgener.

En dold risk för att använda genredigeringsstrategier är de potentiella riskerna för effekter utanför målet av genredigerings-teknik. Eftersom allogena celler så småningom elimineras av värden kan effekten av denna potentiella risk vara relativt låg.

Användning av celltyper som minskar risken för GVHD

En annan strategi för att minska risken för att allogena CAR-T-celler attackerar värden är att använda celltyper som inte producerar GVHD eller har en lägre risk att producera GVHD. De inkluderar naturliga mördningsceller (NK-celler), γδ T-celler, NK T-celler (T-celler som uttrycker NK-cellytmarkörer) och virusspecifika minnes-T-celler.

Strategier för att förbättra den allogena CAR-T-cellens beständighet

Även om de ovannämnda multipla metoderna kan minska risken för att allogen CAR-T införs i patienten för att attackera värden, måste allogen CAR-T-terapi också lösa en annan viktig utmaning, det vill säga att patientens immunsystem kommer att känna igen dessa celler som "främmande" celler, vilket orsakar en immunavstötning mot dem. Detta immunavstötning kommer så småningom att förstöra allogena CAR-T-celler som införts i patienten. Immunsvaret medierat av patientens egna T-celler kan börja fungera så snart allocar-T-terapin introduceras, vilket reducerar effektiviteten av allocar-T-behandlingen. Därför är hur man förbättrar hållbarheten hos allogen CAR-T-terapi ett brådskande problem inom detta område. Den aktuella forskningen för att lösa detta problem är i följande riktningar:

Mer effektiv lymfocyt-clearance

Befintlig forskning har visat att för att tillåta att de importerade CAR-T-cellerna sprider sig hos patienter är det nödvändigt att använda kemoterapi och andra metoder för att rensa de befintliga lymfocyterna hos patienterna innan cellerna importeras, så att den importerade CAR -T-celler med proliferativt utrymme. För allogena CAR-T-celler kan steget att ta bort lymfocyter vara viktigare, eftersom de återstående värd-T-cellerna omedelbart kommer att attackera de "främmande" CAR-T-cellerna.

En aktuell forskningsmetod är att göra allogena CAR-T-celler resistenta mot läkemedel som rensar T-celler genom genredigering, och dessa celler kommer inte att påverkas av läkemedel som rensar T-celler. Till exempel använder Allogenes UCART19 genredigering för att slå ut gener som uttrycker CD52-proteinet i celler. Detta gör dessa celler resistenta mot alemtuzumab, en monoklonal antikropp som dödar T-celler genom att binda till CD52. Att kombinera alemtuzumab med kemoterapi kan effektivare rensa värdens mogna T-celler och hålla värdens mogna T-celler på låga nivåer. Samtidigt kan allogen CAR-T-behandling fortfarande fungera.

Genredigering kan också göra allogena CAR-T-celler resistenta mot kemoterapeutika som rensar T-celler, vilket gör att de kan fungera korrekt i en miljö som hämmar T-celltillväxt. Emellertid är nackdelen med denna strategi att nivån av endogena T-celler hos patienter undertrycks till en mycket låg nivå, vilket resulterar i en signifikant ökad risk för deras infektion.

Minska immunogeniciteten hos allogena CAR-T-celler

Erfarenhet av organtransplantation och hematopoietisk stamcellstransplantation har visat att om givarens huvudsakliga humana leukocytantigen (HLA) -fenotyp liknar värdens HLA-fenotyp, kan den avsevärt minska immunavstötningen av transplantatet. Baserat på denna erfarenhet är det teoretiskt möjligt att konstruera en givarcellbank genom att upptäcka en givare med en specifik HLA-fenotyp, från vilken givarmatchade givarceller kan väljas för att generera allogena CAR-T-celler.

Eftersom klass 1 HLA-protein är en nyckelmolekyl som förmedlar immunavstötningsfaktorer. En annan strategi är att använda genteknik för att eliminera typ 1 HLA-protein uttryckt på ytan av allogena CAR-T-celler. Uttrycket av HLA på cellytan kräver en underenhet som kallas p2-mikroglobulin. Genutsläpp av p2-mikroglobulin kan förhindra expression av HLA-protein på cellytan och därigenom minska immunogeniciteten hos dessa celler.

Välj den bästa T-cellundersättningen

T-cellpopulationen innehåller flera T-cellunderpopulationer med olika funktioner och fenotyper. Olika T-cellers subpopulationer är också mycket olika i deras förmåga att attackera cancerceller och uthållighet hos patienter. Exempelvis har prekliniska studier visat att CAR-T-celler producerade av CD8-positiva och CD4-positiva naiva T-celler (TN) och centrala minnes-T-celler (TCM) är mer effektiva i att döda cancerceller starka.

Kliniska studier som använde autolog CAR-T-terapi för kronisk lymfocytisk leukemi har visat att kvaliteten på TCM och stamliknande minne-T-celler (TSCM) med självreplikerande förmåga och uttrycksnivåer (inklusive PD-1, TIM3, LAG3, etc.) ) är viktiga indikatorer på CAR-T-terapiaktivitet och uthållighet.

Genom att förbättra screening och cellodlingstekniker kan därför specifika T-cellunderpopulationer berikas för att förbättra terapiens hållbarhet. I detta avseende kan T-celler erhållna från friska givare ha potentiella fördelar eftersom de inte har behandlats med tidigare behandlingar som kan påverka T-cellpopulationen och därför kan tillhandahålla T-celler som är rika på TN, TCM och TSCM.

Klinisk utveckling av allogen CAR-T-terapi

För närvarande har ett antal allogena CAR-T-behandlingar som undersökts gått in i kliniska studier för att behandla blodcancer och solida tumörer, såsom patienter med akut lymfoblastisk leukemi och akut myelooid leukemi (ALL) (se tabellen nedan).

Vid ASH-årsmötet 2018 visade de preliminära kliniska resultaten av UCART19 utvecklad av Allogene att vid behandling av patienter med återfall och refraktär ALL nådde UCART19 ett komplett svar på 82% / fullständigt svar på ofullständig hematologisk återhämtning (CR / CRi). På grund av den begränsade varaktigheten av UCART19 hos patienter fick pediatriska patienter som fick UCART19 sedan hematopoietisk stamcellstransplantation.

Framtiden för CAR-T och cellterapi

När det gäller "redo att använda" CAR-T-terapi har branschen också två olika åsikter. Många tror att det kan lösa smärtpunkterna i svår CAR-T-terapi och lång produktionscykel och få nytt hopp för fler patienter runt om i världen. Men vissa experter tror att "redo att använda" CAR-T-terapi endast är tillfällig. "Ändamålsenlighet". I den slutliga analysen är det våra insikter om "autolog" CAR-T-terapi.

Dr. Rick Klausner, grundare och VD för Lyell Immunopharma, ser till cellterapiens framtid. Den tidigare chefen för National Cancer Center (NCI) påpekade att en av motivationerna för utvecklingen av "redo att använda" CAR-T-terapier ligger i flaskhalsarna när det gäller att skapa "autologa" CAR-T-terapier. Vi måste dock inse att den nuvarande tekniken för tillverkning av CAR-T-terapi är långt ifrån mogen. 5-10 år senare kommer utveckling och produktion av cellterapier att vara mycket annorlunda än idag.

Dr. Klausner nämnde att orsaken till att den nuvarande cellterapiproduktionen är tidskrävande och besvärande är att vi inte vet vilka av dessa celler som verkligen är terapeutiska. Därför kan vi bara kontinuerligt utvidga T-celler, och hoppas att bland de astronomiska cellerna kan antalet celler med botande effekt nå standarden. I framtiden, om vi kan isolera de delmängder av celler som har botande effekter, kan vi minska antalet celler som krävs för att behandla cancer betydligt. Detta kan minska antalet celler vi behöver för att odla och förkorta produktionstiden för cellterapier från veckor till dagar.

Detta låter som himmel och jord, men det representerar en väg framåt. Du vet, i en tid då en kalkylator tar upp ett helt hus, kan inte många förvänta sig tillkomsten av smarta telefoner. Det finns bara några decennier mellan de två.

VD för Anderson Cancer Center för cancermedicin, Dr. Patrick Hwu, påpekade olika applikationsmöjligheter. För några mer känsliga cancerformer kan "redo att använda" CAR-T-terapi fungera bra på kort sikt, så du behöver inte oroa dig för mycket om att den avvisas av immunsystemet. För solida tumörer hoppas vi att T-celler stannar i närheten av tumören så länge som möjligt, och den "autologa" CAR-T-terapin får mer utrymme att spela.

Vi måste veta att det heta samtalet om "redo att använda" och "autolog" CAR-T-terapi bara är toppen av isberget i cellterapi. Ja, sedan godkännandet har området CAR-T-terapi väckt mycket uppmärksamhet. Men två experter påpekade att cellterapi inte är den enda CAR-T-terapin. Cellterapi annan än T-cellterapi är också den framtida utvecklingsriktningen. Gen- och cellterapi förväntas ge nya genombrott för patienter runt om i världen under strömmen av bioteknik.