Επιστήμονες του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης κατάφεραν να επαναπρογραμματίσουν τα αποκαλούμενα κύτταρα «δολοφόνους» (NK) μέσα σε ποντίκια και εξάλειψαν όγκους λεμφώματος ενώ συνέβαλαν στην αποκατάσταση κατεστραμμένου ήπατος. Επόμενο βήμα η έρευνα για να διαπιστωθεί αν αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να βοηθήσει ανθρώπους με καρκίνο ή αυτοάνοσα νοσήματα.
Τα κύτταρα δολοφόνοι (Natural Killer cells ή NK κύτταρα) είναι ένας εξειδικευμένος τύπος λευκών αιμοσφαιρίων που ανήκουν στο έμφυτο (εγγενές) ανοσοποιητικό μας σύστημα που είναι η πρώτη γραμμή άμυνας του οργανισμού απέναντι σε εισβολείς όπως βακτήρια, ιούς και μύκητες. Τα κύτταρα ΝΚ παίζουν καθοριστικό ρόλο στην άμυνα του οργανισμού καθώς αναγνωρίζουν και καταστρέφουν μολυσμένα ή αλλοιωμένα κύτταρα χωρίς να χρειάζονται προηγούμενη έκθεση σε αυτά.
Η μέθοδος
Υπάρχουν τα Τ κύτταρα τα οποία είναι ένας τύπος λευκών αιμοσφαιρίων που αποτελούν βασικό πυλώνα του ανοσοποιητικού συστήματος και της επίκτητης (προσαρμοστικής) άμυνας του οργανισμού.
Μια στάνταρτ μέθοδος ανάπτυξης αντικαρκινικών θεραπειών είναι οι γιατροί αρχικά να λαμβάνουν δείγμα αίματος και να το στέλνουν σε εργαστήριο. Εκεί τα κύτταρα Τ απομονώνονται και τροποποιούνται γενετικά, ώστε να φέρουν χιμαιρικούς υποδοχείς αντιγόνων, γνωστούς ως CAR — πρωτεΐνες που αναγνωρίζουν έναν συγκεκριμένο στόχο, όπως μια πρωτεΐνη των καρκινικών κυττάρων. Μόλις παραχθεί επαρκής αριθμός τροποποιημένων κυττάρων, αυτά μεταφέρονται πίσω στο νοσοκομείο και χορηγούνται με έγχυση στον ασθενή. Όταν ένας CAR αναγνωρίσει τον στόχο του ενεργοποιεί το Τ κύτταρο ώστε να καταστρέψει το κύτταρο που φέρει αυτόν τον στόχο.
Για να δημιουργήσουν μια αντικαρκινική θεραπεία από τα Τ κύτταρα ενός ασθενούς οι γιατροί αρχικά λαμβάνουν δείγμα αίματος και το στέλνουν σε εργαστήριο. Εκεί, αυτά τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος απομονώνονται και τροποποιούνται γενετικά, ώστε να φέρουν χιμαιρικούς υποδοχείς αντιγόνων, γνωστούς ως CAR, πρωτεΐνες που αναγνωρίζουν έναν συγκεκριμένο στόχο όπως μια πρωτεΐνη των καρκινικών κυττάρων. Μόλις παραχθεί επαρκής αριθμός τροποποιημένων κυττάρων αυτά μεταφέρονται πίσω στο νοσοκομείο και χορηγούνται με έγχυση στον ασθενή. Όταν ένας CAR αναγνωρίσει τον στόχο του ενεργοποιεί το Τ κύτταρο ώστε να καταστρέψει το κύτταρο που φέρει αυτόν τον στόχο.
Η ανάπτυξη παρόμοιων θεραπειών από τα κύτταρα NK παρουσιάζει πολλές από τις ίδιες δυσκολίες παραγωγής, αυξάνοντας τόσο τον χρόνο όσο και το κόστος. Μηχανικοί του MIT ανέπτυξαν τώρα μια μέθοδο επαναπρογραμματισμού των κυττάρων NK μέσα στον ίδιο τον οργανισμό χωρίς να χρειάζεται να αφαιρεθούν για εργαστηριακή τροποποίηση. Σε πειράματα με ποντίκια, η προσέγγισή τους επαναπρογραμμάτισε με επιτυχία περίπου το 80% των κυττάρων NK που αποτέλεσαν στόχο. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature Biotechnology».
Οι θεραπείες
Την τελευταία δεκαετία, ο Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) έχει εγκρίνει επτά αντικαρκινικές θεραπείες με Τ κύτταρα CAR. Οι θεραπείες αυτές έχουν σημειώσει σημαντική επιτυχία κατά των αιματολογικών καρκίνων, κυρίως εκείνων που προέρχονται από τα Β κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων διαφόρων τύπων λευχαιμίας, λεμφώματος και πολλαπλού μυελώματος. Προς το παρόν, καμία θεραπεία με κύτταρα NK-CAR δεν έχει λάβει έγκριση από τον FDA, αν και πολλοί ερευνητές αναπτύσσουν τέτοιες θεραπείες για τον καρκίνο και τα αυτοάνοσα νοσήματα.
«Οι δυσκολίες στην παραγωγή κυττάρων NK-CAR είναι σημαντικές. Η ιδέα εδώ είναι ότι μπορούμε να χορηγήσουμε ένα νανοσωματίδιο, το οποίο θα τροποποιήσει τα ίδια τα κύτταρα NK του ασθενούς, εφοδιάζοντάς τα με μια γενετική κατασκευή CAR και εκπαιδεύοντάς τα να επιτίθενται στα καρκινικά κύτταρα» αναφέρει ο Ντάνιελ Άντερσον, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, καθηγητής στο Τμήμα Χημικής Μηχανικής του MIT και μέλος του Ινστιτούτου Koch για την Ολοκληρωμένη Έρευνα του Καρκίνου και του Ινστιτούτου Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης του MIT.
Για να μεταφέρουν αυτές τις οδηγίες, οι ερευνητές σχεδίασαν λιπιδικά νανοσωματίδια — μικροσκοπικά σωματίδια αποτελούμενα από λιπαρά μόρια — τα οποία μεταφέρουν αγγελιαφόρο RNA (mRNA). Το mRNA περιέχει τις οδηγίες για την παραγωγή μιας πρωτεΐνης CAR, την οποία μπορεί να συνθέσει το κύτταρο που το προσλαμβάνει. Θραύσματα αντισωμάτων που καλύπτουν την επιφάνεια των νανοσωματιδίων προσδένονται σε υποδοχείς στην επιφάνεια των κυττάρων NK, συμβάλλοντας στην κατευθυνόμενη μεταφορά του φορτίου στα επιθυμητά κύτταρα. Με αυτόν τον τρόπο, η γενετική τροποποίηση πραγματοποιείται in vivo, δηλαδή μέσα στον ζωντανό οργανισμό.
Ο CAR που κωδικοποιείται από το mRNA μπορεί να επιλέγεται ανάλογα με τον στόχο της θεραπείας. Για παράδειγμα, οι γενετικές οδηγίες μπορούν να οδηγήσουν στην παραγωγή ενός υποδοχέα που αναγνωρίζει το CD19, μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στα Β κύτταρα, ή το CD3, μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στα Τ κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των αυτοαντιδραστικών Τ κυττάρων, τα οποία επιτίθενται λανθασμένα στους ιστούς του ίδιου του οργανισμού.
«Αν ένας ασθενής μπορούσε απλώς να λάβει μια έγχυση νανοσωματιδίων, η διαδικασία θα απλοποιούνταν δραστικά και το κόστος θα μειωνόταν» λέει ο Άντερσον.
Όταν τα Τ κύτταρα επιτίθενται μεταξύ τους
Η χρήση κυττάρων NK αντιμετωπίζει επίσης ένα πρόβλημα που προκύπτει όταν χρησιμοποιούνται γενετικά τροποποιημένα Τ κύτταρα για την αντιμετώπιση ασθενειών των ίδιων των Τ κυττάρων. Ένας CAR σχεδιασμένος να αναγνωρίζει πρωτεΐνες των Τ κυττάρων μπορεί να οδηγήσει τα τροποποιημένα Τ κύτταρα στο να σκοτώνουν το ένα το άλλο, μαζί με τα νοσούντα κύτταρα. Τα κύτταρα NK μπορούν να στοχεύουν τα Τ κύτταρα χωρίς να παρουσιάζεται αυτό το πρόβλημα.
«Τα κύτταρα NK μπορούν να αντιμετωπίσουν αυτές τις κακοήθειες των Τ κυττάρων — όχι μόνο τον καρκίνο των Τ κυττάρων, αλλά και τα αυτοάνοσα νοσήματα που σχετίζονται με αυτά» αναφέρει ο Γιούανγκ Τσεν μεταδιδακτορικός ερευνητής στο MIT και ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης.
Εξάλειψη όγκων και αποκατάσταση του ήπατος σε ποντίκια
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη μέθοδο για την αντιμετώπιση λεμφώματος των Τ κυττάρων σε εξανθρωπισμένα ποντίκια. Τα ζώα αυτά λαμβάνουν μεταγγίσεις ανθρώπινων αιμοσφαιρίων, αποκτώντας προσωρινά ένα ανοσοποιητικό σύστημα που προσομοιάζει το ανθρώπινο. Μετά από πέντε ενέσεις των νανοσωματιδίων επαναπρογραμματισμού, οι όγκοι εξαλείφθηκαν. Το αποτέλεσμα ήταν παρόμοιο με εκείνο που επιτεύχθηκε με τη χορήγηση κυττάρων NK-CAR, τα οποία είχαν παραχθεί με την παραδοσιακή μέθοδο: αφαίρεση των κυττάρων NK, επαναπρογραμματισμός τους εκτός του οργανισμού και επαναχορήγησή τους στα ποντίκια.
Η ίδια στρατηγική μεταφοράς θα μπορούσε επίσης να εξοπλίσει τα κύτταρα NK, ώστε να επιτίθενται στα αυτοαντιδραστικά Τ κύτταρα. Για να εξετάσουν αυτή τη δυνατότητα, οι ερευνητές μελέτησαν ποντίκια με αυτοάνοση ηπατίτιδα, μια πάθηση κατά την οποία τα Τ κύτταρα επιτίθενται στα ηπατοκύτταρα, δηλαδή στα κύτταρα του ήπατος. Μετά από μία μόνο ένεση των νανοσωματιδίων, τα αυτοαντιδραστικά Τ κύτταρα καταστράφηκαν και η ηπατική βλάβη αποκαταστάθηκε.
Τα πειράματα επεκτάθηκαν και πέρα από ασθένειες που σχετίζονται με δυσλειτουργικά Τ κύτταρα. Σε ένα μοντέλο ποντικών με επιθετική μορφή μελανώματος, τρία από τα πέντε ζώα παρουσίασαν πλήρη ύφεση μετά τη χορήγηση νανοσωματιδίων που επαναπρογραμμάτισαν τα κύτταρα NK ώστε να στοχεύουν τα καρκινικά κύτταρα.
«Η μελέτη αυτή αποτελεί εξαιρετικό παράδειγμα της δυναμικής των συστημάτων νανομεταφοράς και της δυνατότητάς τους να συμβάλουν στη θεραπεία του καρκίνου και άλλων ασθενειών» λέει ο Ρόμπερττ Λάνγκερ συν-συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής Ντέιβιντ Κοχ στο MIT.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι τα γενετικά τροποποιημένα κύτταρα NK θα μπορούσαν στο μέλλον να χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση και άλλων αυτοάνοσων νοσημάτων που προκαλούνται από δυσλειτουργικά Τ κύτταρα όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας και η ρευματοειδής αρθρίτιδα.
Naftemporiki.gr
