Živý nádor na čipu odhaluje, jak rakovina blokuje imunitní útoky

Po něco málo přes dvě desetiletí se terapie T lymfocyty chimérickým antigenním receptorem (CAR) objevila jako účinný nový způsob léčby rakoviny. Extrakcí T-buněk pacientů, jejich přepracováním tak, aby rozpoznávaly nádorové antigeny a jejich infuzí zpět do těla, lékaři dosáhli účinné léčby rakoviny leukémie a lymfomu.

„Tento přístup dosáhl pozoruhodného úspěchu proti rakoviny krveale totéž nelze říci o solidní nádorykteré představují více než 90 % všech rakovin,“ říká Dan Dongeun Huh, profesor bioinženýrství na Penn’s School of Engineering and Applied Science.

„Hlavní výzvou je překonat nádorové mikroprostředí (TME), pevnostní, nepřátelský ekosystém, který aktivně „chrání“ a „skrývá“ maligní buňky před imunitním útokem.“

Rakovinné buňky jsou vyživovány nefunkčními „děravými“ cévami a stíněny sítí biologických signálů. Dostat rakovinotvorné CAR T-buňky skrz tuto pevnostní zeď, natož udržet je funkční, jakmile budou uvnitř, byla obrovská výzva.

Nyní Huh a jeho spolupracovníci vyvinuli transparentní mikroinženýrské zařízení, které obsahuje živý, vaskularizovaný model lidské rakoviny plic – „nádor na čipu“.

Jejich zjištění, publikovaná v Přírodní biotechnologieposkytnout vědcům v reálném čase okno do toho, jak uměle vytvořené imunitní buňky interagují s rakovinou, odhalit slabá místa v obraně nádoru a odhalit neočekávané způsoby, jak pomoci imunitním buňkám vyhrát.

„Základním konceptem je vytvořit prostředí, kde se nádorové buňky chovají stejně jako v lidském těle,“ říká Haijiao Liu, první autor a postdoktorandský výzkumník v Huh’s BIOLines Lab.

„Snažíme se, aby se buňky cítily jako doma, aby „znovu získaly svou paměť“ a pamatovaly si, co dělají, jako například kooptování našich zdravých buněk a pohřbení s TME.“

Výzkumníci také zjistili, že buňky nádorových krevních cév, endoteliální buňky, vysílají chemické signály „pojď sem“, aby vtáhly CAR T buňky do nádoru, ale tyto signály rychle mizí. Přidáním vildagliptinu, léku schváleného pro léčbu diabetu 2. typu, který zabraňuje rozpadu těchto signálních molekul, se týmu podařilo posílit toto volání o pomoc a navést více imunitních buněk do místa rakoviny.

Spárování tumor-on-a-chip s multiomickou technologií – která integruje genomická, proteomická a metabolická data – a výkonnými nástroji z bioinformatiky a datová vědaHuhův tým byl schopen nahlédnout do molekulární biologie toho, co CAR T buňky zažívají uvnitř nádorové mikroprostředí.

Tým použil toto profilování k identifikaci enzymu (DPP4) produkovaného jak fibroblasty, tak T buňkami jako viníka, který zkracuje tyto chemické tísňové signály. Protože funkce a inhibitory DPP4 jsou dobře charakterizovány ve výzkumu diabetu, vědci si uvědomili, že existující lék blokující DPP4 by mohl obnovit komunikaci mezi cévami nádoru a imunitní buňky.

Když testovali vildagliptin na čipu, účinně zachoval ty signální molekuly, které umožnily více CAR T buňkám sledovat stopu a infiltrovat nádor.

„Krása tohoto systému,“ říká Huh, „je v tom, že je průhledný. Je to jako okno do bitevního pole imunoterapie rakoviny uvnitř těla. Můžeme doslova sledovat, jak CAR T buňky prolézají nádorovou tkání, narážejí na své cíle a někdy selhávají.“

V jednom případě byl tým svědkem toho, jak jedna T buňka proklouzla stěnou cévy, migrovala přes tkáň a napadla zářící (pod fluorescenčním zobrazením) shluk nádorové buňky– něco, co bylo dosud možné odvodit pouze z preklinických studií.

Jejich práce připravuje cestu pro nové návrhy CAR, které lze nyní rychle a bezpečně vyhodnotit, než se dostanou k pacientům.

Další výhodou práce, říká Huh, je to, že „nyní je možné používat modely komplexních lidských onemocnění orgán na čipu, abychom se přiblížili omezení naší závislosti na experimentech na zvířatech v biomedicínském výzkumu“.

Huh říká: „Fyziologický realismus našeho modelu umožňuje generovat pro člověka relevantní, vysokorozměrná preklinická data, která nám umožňují zkoumat a porozumět molekulárnímu vnitřnímu fungování rakovino-imunitních interakcí.“

„Nové mechanické poznatky a biologické poznatky, které získáme z těchto dat, by mohly pomoci urychlit vývoj účinnějších a bezpečnějších imunoterapií pro pacienty s rakovinou.“