CRISPR/Cas9 использовали для безопасной клеточной терапии рака

Биологи и онкологи из США опубликовали в журнале Nature результаты первой фазы испытаний терапии рака при помощи Т-лимфоцитов с антигенспецифичными Т-клеточными рецепторами, созданными благодаря системе геномного редактирования CRISPR/Cas9. Для создания индивидуального лекарства исследователи искали в геномах опухолей экзонные мутации. Пептидные антигены, синтезируемые с таких генов, не образуются в здоровых клетках пациентов. Ученые нашли такие антигены и настроили на них иммунную систему пациентов, отредактировав геном Т-лимфоцитов с помощью CRISPR/Cas9. Хотя исследование подтвердило  безопасность методики, лишь у пяти из шестнадцати пациентов удалось добиться стабилизации заболевания. В этом исследовании ученые впервые применили CRISPR/Cas9 для выработки противоопухолевого иммунитета к широкому спектру заранее неизвестных антигенов у человека.

Технология CRISPR/Cas9, прицельно редактирующая геномы отдельных клеток, постепенно завоевывает статус главной надежды в борьбе с заболеваниями, недавно казавшимися неизлечимыми. Иногда эта борьба малоуспешна, иногда — полна скандалов, иногда — эффективна. Пока что наибольший успех связан с лечением наследственных заболеваний (к ним относится, в частности, первый пример применения CRISPR/Cas на человеке).

Еще одно направление, в котором ученые пытаются применять геномное редактирование – это лечение онкологических заболеваний. Чтобы клон атипичных клеток развился в смертельно опасную опухоль, эти клетки должны годами избегать противоопухолевого иммунитета. Но если так отредактировать геномы клеток иммунной системы, чтобы они узнавали опухоль, а та не могла их подавить, то можно было бы получить крайне чувствительное лекарство. И чем специфичнее белок, на который нацелен такой иммунитет, тем специфичнее будет средство.

Группа врачей и биологов из университетов США пори участии при участии профессора Антони Рибаса (Antoni Ribas) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе провела исследование по оценке безопасности индивидуализированной антигенспецифичной T-клеточной терапии злокачественных опухолей. Лечение основано на Т-лимфоцитах, у которых гены Т-клеточного рецептора были отредактированы системой CRISPR/Cas9.

В исследовании участвовали 16 пациентов средним возрастом 47 лет с метастатическими солидными опухолями (меланома, колоректальный рак, рак молочной железы, яичника или легкого). До начала исследования пациенты прошли от двух до девяти линий химиотерапии, и их заболевания были признаны резистентными.

Исследователи выполняли биопсию опухолей и проводили полноэкзомное секвенирование и РНК-секвенирование этих клеток. Сочетание двух методов позволило выявить мутации, которые опухоли приобрели за время клональной эволюции, и понять, насколько велика экспрессия мутантных генов (следовательно, можно ли их продукты использовать как антигены).

Ученые обнаружили в среднем 35 мутантных пептидных последовательностей на одну опухоль. Для каждого пациента они создали библиотеку неоантигенов, в которой пептиды были представлены в комплексе с белками HLA, и инкубировали их с лимфоцитами пациентов. В среднем у каждого пациента было найдено по восемь Т-клеточных рецепторов, связывающихся в среднем с пятью неоантигенами опухоли.

После дополнительных проверок около половины кандидатных рецепторов пришлось отсеять, поскольку их связывание с антигенами вызывало слишком слабую продукцию цитокинов. В итоге было отобрано 37 неоантигенспецифичных Т-клеточных рецепторов (от одного до трех на пациента).

Затем исследователи выделили из крови пациентов Т-лимфоциты и при помощи CRISPR/Cas9 заменили в их геномах гены Т-клеточных рецепторов на неоантигенспецифичные. После череды проверок на связывание с антигеном и после проверки генома на наличие ошибок ученые нарастили достаточное количество клеток (от 130 миллионов до четырех миллиардов) и ввели их пациентам.

Вся процедура создания лекарства заняла около девяти месяцев: 167 дней на отбор Т-клеточных рецепторов и 102 дня на геномное редактирование, контроль качества и наработку необходимого количества клеток.

Биопсия, проведенная через неделю после клеточной терапии, показала: у большинства пациентов отредактированные лимфоциты проникали в опухолевые массы. В течение первой недели у двух пациентов развились серьезные побочные эффекты, связанные с процедурой (энцефалит и фебрильная нейтропения), но их удалось своевременно купировать.

Контрольные обследования через месяц показали, что у пятерых пациентов опухолевый процесс стабилизировался, у остальных одиннадцати – продолжил прогрессировать. У большинства пациентов, которым ввели низкую дозу клеток, редактированные клетки уже на втором месяце лечения перестали обнаруживаться в периферической крови.

Из восьми пациентов, чьи биопсии после терапии были доступны ученым, у одного к моменту терапии опухоль перестала синтезировать антигены, на которые были нацелены клетки. Еще у одного к моменту создания Т-клеточной терапии в опухоли сформировался субклон клеток, лишенный целевой последовательности, и еще в ряде случаев мутация сохранилась в геноме, но не была экспрессирована. В общей сложности 7 из 22 неоантигенов не были обнаружены в опухолях к тому моменту, когда лекарство было готово.

С одной стороны, исследование профессора Рибаса с коллегами показало безопасность и возможность антигенспецифичной Т-клеточной терапии солидных опухолей на базе CRISPR/Cas9 у людей. Осложнения терапии были тяжелыми, но ожидаемыми, если учесть, что речь идет о пациентах с метастатическими полирезистентными опухолями. К тому же само введение Т-клеток — это сложный процесс, требующий проведения химиотерапии перед процедурой и введения коктейля из цитокинов после нее.

Исследование показало, что во введенных клетках был небольшой, но статистически значимый уровень нецелевого редактирования ДНК. И хотя дополнительные эксперименты не выявили у таких клеток онкогенного потенциала, прошедшего времени наблюдения (от месяца до полугода) пока недостаточно, чтобы уверенно говорить о безопасности метода.

По заключению авторов, перед выходом на следующую фазу испытаний надо оптимизировать долгую и сложную фазу отбора неоантигенов и определиться с оптимальной дозой вводимых клеток. Кроме того, при длительной клеточной терапии рака может встать в полный рост проблема истощения Т-клеток (мы о ней рассказывали в контексте лечения гематологических опухолей), что потребует более сложного редактирования генома. Но это все задачи для будущих исследований и наблюдений.

Ученые уже почти три года используют технологию геномного редактирования CRISPR/Cas9 для лечения наследственных заболеваний. О самой технологии мы рассказывали в материале «Запомните эти буквы» , а о ее сильных и слабых сторонах  - в материале «Эти буквы должен знать каждый». Из наиболее успешных примеров ее применения – серповидноклеточная анемия и наследственная дистрофия сетчатки.