Чувствительность противоопухолевой терапии значительно возросла с появлением технологий химерных антигенных рецепторов (CAR). В ней используются генномодифицированные клетки собственной иммунной системы. Однако возрастание чувствительности сопровождается снижением специфичности, что, в свою очередь, ведет к токсичности. Текущие разработки в основном сосредоточены на изучении методов для проектирования CAR-клеток с наивысшей чувствительностью, в то время как проблема специфичности рассматривается редко. Исследователи из НМИЦ гематологии МЗ РФ и МФТИ получили метод оценки чувствительности и специфичности разрабатываемых CAR. Результаты исследования опубликованы в журнале Biophysical Reports.
Источник: Selectively Targeting Cancerous T-Cells Using CAR-T Therapy
Длительное время ученые искали способы коррекции иммунной системы для борьбы с трансформированными (раковыми) клетками. В результате удалось найти технологию, позволяющую «вырастить» рецепторы к антигенным структурам — имеющимся на клетках мишенях. Затем их «подсаживают» на обычные Т-лимфоциты иммунной системы. Модифицированные лимфоциты назвали CAR-T-лимфоцитами. Они способны с крайне высокой чувствительностью распознавать места, содержащие антигенные структуры, в том числе на раковых клетках.
Новая перспективная технология химерных антигенных рецепторов (CAR) показала хорошие клинические результаты в том числе и при неизлечимых ранее видах рака. Эта технология включает в себя элементы клеточной, иммунной и генной терапии. Основной ролью Т-клеток в нашем организме является поиск дефективных атипичных клеток и их уничтожение. Но обычные Т-клетки при всей своей универсальности плохо видят раковые образования. Технология CAR позволяет превратить обычные Т-клетки в CAR-Т-клетки с более высокой чувствительностью к клеткам-мишеням.
«Повышение чувствительности распознавания само по себе уже дало медицинской практике целый ряд случаев излечения пациентов. Вместе с тем практика показала, что при повышении чувствительности CAR-терапии падает специфичность. Высокочувствительные клетки становятся чувствительны не только к антигенным структурам на раковых клетках, но и к их элементам в других органах. Возникает эффект побочной токсичности. Конечно, в идеале необходимо максимально повысить положительный эффект и снизить побочный. Но так не бывает. Например, если на границе выставляют датчик, фиксирующий внешнее движение, то чем выше его чувствительность, тем на большее число объектов он начинает реагировать, не различая уже зайца или голубя. Ему, как и CAR клеткам, везде видятся мишени», — комментирует Георгий Гурия, заведующий лабораторией математического моделирования биологических процессов НМИЦ гематологии МЗ РФ и профессор кафедры физики живых систем МФТИ.
Таким образом, точность распознавания молекулярных образов определяет специфичность CAR-клеток. С биофизической точки зрения способность к распознаванию определяется способностью рецепторов к кластеризации. Это означает, что процессы распознавания антигенных структур в клеточной биологии могут рассматриваться в терминах теории зародышеобразования. При таком подходе размер критического кластера рецепторов на поверхности CAR-клеток является основным отличительным показателем, характеризующим их взаимодействие с целевыми и нецелевыми клетками.
«Вопрос в том, как кластеризуются химерические антигенные рецепторы и возникают ли ситуации, когда эти кластеры стремительно растут. В случае если кластеры из рецепторов начинают резко увеличиваться в размерах, это свидетельствует о фокусировке CAR-клетки на данной мишени. Лимфоцит четко схватывает то место, где есть таргетная клетка-мишень, и уничтожает именно ее. Но в случае кластеризации необходимо знать критические размеры рецепторных объектов — как на клетках-мишенях, так и на критических тканях, клетки которых могут быть ошибочно распознаны как атипичные.
Мы, помимо выяснения вопросов о чувствительности, рассмотрели вопросы кластеризации рецепторов. Сам факт, что в ряде биологических процессов рецепторы способны к кластеризации, в том числе на поверхности Т-лимфоцитов, был известен еще лет 15–20 тому назад. Но никому не приходило в голову, что это может быть связано с тем, насколько высока или низка специфичность распознавания», — подчеркивает Георгий Гурия.
В своей работе ученые рассмотрели кластеризацию CAR как меру распознавания и разработали подход для расчета вероятности кластеризации. Им удалось найти математическое выражение для специфичности CAR-терапии. Было показано, каким образом изменение параметров распознавания индивидуальными CAR антигенных структур и их способность к кластеризации должны проявляться в изменениях чувствительности и специфичности. С учетом параметров целевых и критических тканей были устанавливлены условия достаточной чувствительности и специфичности. Эти условия используются для определения всех типов возможных конфигураций пар «мишень — критическая ткань». Соответствующее картирование конфигураций позволяет оценивать как специфичность, так и чувствительность.
«В ходе работы выяснилось, что при отыскании наиболее эффективных режимов борьбы с раковыми клетками приходится решать не две задачи на максимум — добиваться максимума чувствительности и максимума специфичности, — а решать задачу минимакса, когда для обеспечения необходимой специфичности имеет смысл искать не самые высокочувствительные варианты CAR. Оптимальные варианты находятся методом перевала. Осознание этого привело к построению метода, основанного на сопоставлении склонности рецепторов к кластеризации, что позволяет находить из разных вариантов и комбинаций наиболее перспективные. Такой подход делает разработку эффективных CAR значительно более экономичным по сравнению с используемым в настоящее время. Дело в том, что побочную токсичность обычно определяют постфактум, когда уже начинаются биологические испытания. Ранняя проверка размеров критических рецепторных кластеров позволяет получать представление о возможной специфичности с самых первых стадий создания CAR», — резюмирует Георгий Гурия.
В результате работы выведено основное уравнение для оценки цитотоксичности CAR-клеток. Установлено, что размер критического кластера CAR является одним из двух наиболее важных параметров. Профессиональное сообщество уже проявило высокую заинтересованность в применении метода для оценки специфичности CAR-терапии.
1
