USC bilim insanları, immunoterapide kullanılabilecek şekilde hiç tükenmeyen kanser savaşçı hücrelerin üretiminin sırrını keşfetti

USC (Güney Kaliforniya Üniversitesi) bilim insanları, potansiyel olarak yenilenebilir bir kanserle savaşan bağışıklık hücreleri kaynağı üretmenin yolunu buldu ve kanser tedavis için umut verici yeni bir yön açtı. Araştırmacılar, güçlü bağışıklık savunucularına dönüşebilen olgunlaşmış hücrelerle çalışarak, tümörleri tanıyan ve vücudun doğal savunmalarını aktive etmeye yardımcı olan sayısız mühendislik hücre üretme yeteneğine sahip bir sistem geliştirdi.

Cell‘de yayımlanan bir çalışma ile betimlenen bu atılım, bağışıklık hücrelerinin yeterince üretilmesi ve vücudda aktif tutulması gibi kanser immunoterapisinin önündeki en büyük zorluklardan bazılarını aşmaya yardımcı olabilir. Farelerle yapılan deneylerde, mühendislik hücreler kemik iliğine yerleşti, yeni bağışıklık hücreleri üret ve hem kan kanserlerinin hem de katı tümörlerin ilerlemesini yavaşlattı.

USC Hücre Kökeni önderliğindeki ekip, granulosit-monosit önjeneratörler (GMP’ler) adı verilen olgunlaşmış bir bağışıklık hücre türüne odaklandı. Bu hücreler normalde makrofajlar ve enfeksiyonlardan vücudu koruyan, aynı zamanda bağışıklık yanıtlarına katılan diğer bağışıklık hücrelerine dönüşür. Araştırmacılar GMP’lerin laboratuvarda geniş ölçüde çoğaltılabileceğini, ancak işlevsel bağışıklık hücrelerine dönüşebilme yeteneklerini koruyabildiklerini buldu. Aynı zamanda belirli kanser işaretçilerini tanıyacak ve daha kapsamlı bağışıklık yanıtlarını güçlendirecek şekilde genetik olarak da değiştirilebilirlerdi.

“Çalışma, hücreli immunoterapi için ölçeklendirilebilir ve mühendislik yapılabilir bir GMP platformu kuruyor ve hem kanser immunoterapisi hem de hücre kökeni biyolojisi açısından geniş etkileri olabileceğine inandığımız kavramları ortaya koyuyor,” dedi USC Tıp Fakültesi Keck Hücre Kökeni Biyolojisi ve Yenileyici Tıp profesörü, çalışmanın yazışma sorumlusu Qi-Long Ying, MD, PhD.

Bilim İnsanları Bağışıklık Hücre Ön Üreticilerinde Şaşırtıcı Bir Yetenek Keşfetti

Potansiyel kanser tedavi uygulamalarının ötesinde bu keşif, kan ve bağışıklık hücrelerinin nasıl geliştiğine dair uzun süredir kabul gören anlayışı da sorgulatıyor.

Hücre kökeninin kendini yenileme yeteneği bilinmektedir; yani orijinal özelliklerini koruyarak tekrar tekrar bölünebilirler. Kan oluşturan sistemde bu yetenek geleneksel olarak çoğunlukla hematopoietik hücre kökeniyle ilişkilendirilmiştir; bunlar kanın ve bağışıklık hücrelerinin tüm büyük türlerini üretebilir.

USC araştırmacıları, GMP’lerin dikkatlice kontrol edilen laboratuvar koşulları altında bu yeteneği koruyabildiklerini gösterdi. Ön jeneratörler hızla diğer hücre türlerine olgunlaşmak yerine çoğalmaya devam ederken özünü ve işlevsel bağışıklık hücreleri üretme kapasitesini korudu.

“Yaygın görüş, kan sisteminde uzun süreli kendini yenilemenin herhangi bir kan veya bağışıklık hücre türü üretebilen hematopoietik hücre kökeninin özelliği olduğu yönündeydi.” dedi Ying. “Doğru koşullar altında GMP’lerin kendini yenileyebileceğini, özünü ve işlevsel bağışıklık hücreleri üretme yeteneğini koruyarak geniş ölçüde bölünebileceğini bulduk. Bu bize kanser, bulaşıcı hastalıklar ve potansiyel olarak birçok başka durum için hücreli terapi mühendisliği için ölçeklendirilebilir bir başlangıç noktası veriyor.”

Bu bulgu, büyük ve güvenilir miktarlarda mühendislik yapılmış bağışıklık hücreleri gerektiren tedavi geliştirmede özellikle önemli olabilir.

Neden Makrofajlar Kanser İçin Güçlü Silah Olabilir

Makrofajlar, bağışıklık sisteminin en çok yönlü savunucuları arasındadır. İsimleri Yunanca “büyük yiyiciler” anlamına gelen kelimelerden gelir ve bakterileri, hasarlı hücreleri ve diğer istenmeyen materyali sarıp sindirme yeteneklerini yansıtır.

Aynı zamanda başka bağışıklık hücrelerinin davranışını etkileyen sinyaller göndererek bağışıklık yanıtlarını koordine etmeye de yardımcı olurlar. Bazı makrofajlar tümörlere girip kanser hücrelerine salabilir, bu da onları kanser immunoterapisi için cazip adaylar yapar.

Olasılıkla umut verici bir uygulama katı tümörlerle ilgilidir; bunlara organ ve dokularda kitleler oluşturan kanserler dahildir. Mühendislik yapılmış T hücrelerine dayanan mevcut tedaviler, belirli kan kanserlerinde en büyük başarılarına ulaştı ancak katı tümörlerin tedavisi daha zorlu oldu.

Makrofajlar doğal olarak dokulara göç eden ve tümörlere nüfuz edebilen bir yaklaşıım sunduğu için potansiyel olarak farklı bir yaklaşım sunar. Ancak onları pratik tedaviye dönüştürmek birkaç zorluk getirir.

Makrofajlar tamamen olgunlaştıktan sonra, vücudun dışında büyük miktarlarda çoğaltılmaları zordur. Aynı zamanda genetik olarak değiştirmeleri de zorlaşır ve dondurma ile saklama sırasında hasar görebilirler; bu da hücreli terapilerin üretimi ve dağıtımını karmaşıklaştırır.

Başka bir sorun ise uygulamanın ardından ortaya çıkar. Ogun makrofajlar genellikle vücut boyunca yayılmak yerine akciğer ve karaciğer gibi organlarda toplanır. Nispeten hızlı kayıpları, tedavinin ne kadar süre etkili olabileceğini de sınırlayabilir.

Bu sınırlamaları aşmak için bilim insanları bağışıklık hücre gelişiminin daha erken bir evresinden başmaya karar verdi.

Kanserle Savaşan Bağışıklık Hücrelerinin Yenilenebilir Kaynağı Oluşturuluyor

Büyük miktarlarda olgun makrofaj üretmeye çalışmak yerine, Ying’in laboratuvarından ilk yazar Shi Yue ve meslektaşları, makrojajları üretebilen ön jeneratör hücreler olan GMP’lere odaklandı.

Araştırmacılar, GMP’lerin laboratuvarda uzun süre hayatta kalıp çoğalmasını sağlayan kesin olarak tanımlanmış bir kimyasal karışım geliştirdi. Karışım hücrelerin erken aşamada olgun bağışıklık hücrelerine dönüşmesini engelleyerek yenilenebilir bir ön jeneratör popülasyonu korudu.

Büyük ölçüde laboratuvar çoğalmasının ardından da GMP’ler onları tanımlayan moleküler özellikleri korudu. Önemlisi, gerektiğinde işlevsel macrophage ve ilgili diğer bağışıklık hücrelerine dönüşebilme yeteneğini de korumaya devam etti.

Bu yaklaşım, her seferinde olgun hücreleri toplayıp hazırlamak yerine, sürekli olarak genişletilebilen bir başlangıç popülasyonundan sayısız mühendislik bağışıklık hücre üretmeyi mümkün kılabilir.

Yöntemin tekrarlanabildiğini doğrulamak için Stanford Üniversitesi’nde Ravi Majeti, MD, PhD’nin laboratuvarındaki işbirlikçiler GMP’lerin uzun süre korunabileceğini ve genetik olarak mühendislik yapılabileceğini bağımsız olarak gösterdi. Sonuçları, yöntemin güvenilirliği ve gelecekteki hücreli terapilerdeki olası kullanımı için ek destek sağladı.

Stanford Üniversitesi Hücre Kökeni Biyolojisi ve Yenileyici Tıp Enstitüsü Müdürü Majeti şunu belirtti: “GMP’lerin genişletilmesi ve mühendislik yapılması için bu yöntem, hücreli immunoterapide T hücrelerinin genişletilmesi ve mühendisliği gibi çok sayıda klinik uygulamaya kapı açıyor. Bu hücreleri birden fazla güçlü fonksiyonu yönlendirmek için zaten mühendislik yaptık ve keşfedilecek daha birçok şey var.”

Bağışıklık Hücrelerin Tümörleri Tanıyıp Saldırması İçin Mühendislik

Ekip, ardından bu genişletilebilir ön jeneratör hücrelerin kanserle savaşacak şekilde programlanabilir olup olmadığını inceledi.

Mühendislik GMP’leri, kimyasal antijen reseptörü (CAR) taşıyacak şekilde genetik olarak değiştirdi. Bu mühendislik reseptör, bağışıklık hücrelerinin kanser hücrelerinin yüzeyindeki belirli bir moleküler işaretçi tanımasına yardımcı olarak etkinliklerini tümörlere yönlendirir.

CAR teknolojisi zaten kanser immunoterapisinin önemli bir parçasıdır; özellikle hastanın T hücreleri kanseri tanıyıp saldıracak şekilde değiştirilen tedavilerde. USC araştırmacıları, benzer bir stratejinin GMP’lere uygulanıp uygulanamayacağını, böylece mühendislik yapılmış macrophage ve diğer bağışıklık hücrelerinin üretilmesini sağlayabip sağlamayacağını inceledi.

Araştırmacılar ön jeneratör hücrelerin bir kısmına ek bir bağışıklık aktive edici sinyal de ekledi. Bu değişiklik, yakın çevredeki T hücreleri dahil diğer bağışıklık hücrelerini çekip uyarmayı amaçladı; bu da kansere karşı daha güçlü bir saldırıyı destekleyebilir.

Ekleme sinyali başka bir potansiyel avantaj sundu. Bağışıklık hücrelerinin donor hücrelerin bağışıklık özellikleri alıcınınkilerle eşleşmediğinde bile etkili kalmaya devam etti.

Bu bulgu, önceden üretildiği için hazır (off-the-shelf) tedavilerin geliştirilme olasılığını gündeme getiriyor. Her hastanın kendi hücreleriyle ayrı ayrı hazırlanması gereken kişiselleştirilmiş hücreli terapilerin aksine, böyle ürünler daha büyük partilerde üretilip birden fazla hastaya sunulabilir.

Mühendislik Hücreler Farelerde Kanser İlerlemesini Yavaşlattı

Kan ve insanlardan başarıyla genişletilen ve mühendislik yapılan GMP’lerin ardından araştırmacılar, fare deneylerinde terapötik potansellerlerini inceledi.

Farelere uygulandığında ön jeneratör hücreler kemik iliğine ve kan hücreleri üretiminden sorumlu diğer bölgelere yerleşti. Bu ortamlar, GMP’lerin ek mühendislik yapılmış macrophage ve ilgili bağışıklık hücreleri üretebileceği yerler sağladı.

Bu, olgun makrojajlarla yapılan tedavilerden önemli bir farktı. Nispeten hızlı kaybolabilecek bağışıklık hücrelerine yalnızca güvenmek yerine ön jeneratörler, vücudun içinden sürekli bir yenileme hücre kaynağı sağlayabilirdi.

Bu nedenle yaklaşım, makrojaj tedavilerini sınırlayan hızlı temizlemeyi aşmaya yardımcı olabilir; buna son klinik deneylerde değerlendirilen yaklaşımlar da dahildir.

Araştırmacılar mühendislik hücreleri kan kanseri ve katı tümörlü farelerde test etti. CAR reseptörü taşıyan GMP’ler her iki kanser türünde de hastalığın ilerlemesini yavaşlattı.

Ön jeneratörler hem CAR reseptörlerini hem de diğer bağışıklık hücrelerini aktive edecek şekilde tasarlanan ek sinyali taşıdığında etkiler daha da güçlüydü. Bu kombinasyon, tedavinin daha kapsamlı bir antitüm yanıtını uyarma yeteneğini artırdı.

Bu bulgular umut verici olsa da kanser tedavi sonuçları halen klinik öncesi durumdadır. Mühendislik yapılmış GMP’lerin insanlarda güvenli ve etkili biçimde kullanılabileceğini ortaya koymak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olacaktır; özellikle uzun süreli kalıp bağışıklık hücreleri üretmeleri öngörülüyorsa.

Kanser Tedavisinin Ötesinde Olası Uygulamalar

Araştırmacılar yaklaşımının, kusurlu bağışıklık savunmalarına ilişkin durumların tedavisine de yardımcı olup olmadığını inceledi.

Ayrı bir fare deneyinde, kronik granulomatöz hastalığı çalıştırdılar; bu kalıtsal bir bozukluk olup belirli bağışıklık hücrelerinin zararlı mikropaları öldürme yeteneğini bozar. Bu duruma sahip kişilerde bağışıklık hücreleri bazı patojenleri etkili biçimde ortadan kaldıramadığı için tekrarlayan bakteriyel ve mantarsal enfeksiyonlara karşı özellikle savunmasızdırlar.

Araştırmacılar GMP’leri bozukluğa sahip farelere uygulandığında, hücreler hayvanların bakteriyale enfeksiyonla savaşma yeteneğini geri getirdi.

Bu sonuç, yenilenebilir, mühendislik yapılmış bağışıklık hücre ön jeneratörlerinin nihayetinde kanserin ötesinde, kalıtsal bağışıklık eksiklikleri tedavileri ve potansiyel olarak bulaşıcı hastalıklar dahil olmak üzere uygulamaları olabileceğini gösteriyor.

Daha geniş ders olarak araştırmacılar, bir bağışıklık hücrenin gelişim evresinin, onu tedaviye dönüştürmek için kullanılan genetik değişiklikler kadar önemli olabileceğini belirtiyor.

“Çalışmamız, immunoterapinin geleceğinin yalnızca daha iyi CAR reseptörleri tasarlamaya değil, aynı zamanda hücrenin doğru gelişim evresini seçmeye de bağlı olması thể edebileceğini gösteriyor,” dedi Ying.

Cell‘de yayımlanan çalışma, “Expansion and CAR engineering of granulocyte-monocyte progenitors for cellular immunotherapy” (Hücreli Immunoterapi için Granulosit-Moniset Ön Jeneratörlerin Genişletilmesi ve CAR Mühendisliği) başlığını taşıyor.

Ying, Yue ve Majeti’nin yanı sıra araştırma ekibi’ne USC’den Zheng Guo, Crystal Pan, Xueyuan A. Jing, Tai Nguyen, Jiaqi Tang, Yanpui Chan, Humberto Contreras-Trujillo, Du Jiang, Xue Yan, Hang Xiang, Xugeng Liu, Xiao Wang, Ziyuan Wang, Natalie Shu, Daniel B. McKim, Rong Lu ve Chao Zhang; Creighton Üniversitesi’nden Litao Tao ve Celia Bloom; Stanford Tıp Fakültesi’nden Asiri Ediriwickrema ve Sebastian Koschade; Harvard Tıp Fakültesi ve Dana-Farber Kanser Enstitüsü’ndan Yingxiao Shi dahildi.

Finansal destek, Zhongmei Grubu’nun Chen Yong Vakfı, Myelogene Inc.’den sponsorlu bir araştırma projesi, L.K. Whittier Vakfı, Eli ve Edythe Broad İnovasyon Ödülü, Kanser için Mühendislik Tıp Araştırmaları için Ming Hsieh Enstitüsü’nün Kanser Ödülü, USC SBIR/STTR Planlama Ödülü, Xia Araştırma Fonu ve Wu & Jiang Araştırma Fonu’ndan geldi.

Majeti ayrıca Ludwig Kanser Araştırmaları Enstitüsü’nden gelen desteği de bildirdi. Guo, California Regeneratif Tıp Enstitüsü’nün Doktora Öncesi Eğitim Bursu üzerinden finansman aldı.