חיסונים טיפוליים לסרטן הם סוג של אימונותרפיה בהתהוות שיכולה לא רק להרוס תאים סרטניים בחולים, אלא למנוע מסרטן לחזור ולהתפשט. חיסונים טיפוליים מרובים לסרטן נחקרים בניסויים קליניים, אך למרות ההבטחה שלהם, הם עדיין אינם בשימוש שגרתי על ידי אונקולוגים קליניים לטיפול בחולים שלהם.
המרכיב המרכזי של חיסונים טיפוליים לסרטן הוא אנטיגנים, המיוצרים באופן מועדף או חדש (ניאואנטיגן) על ידי תאי הגידול ומאפשרים למערכת החיסון של החולה לחפש ולהרוס את התאים הסרטניים. ברוב המקרים, אותם אנטיגנים אינם יכולים לפעול לבדם וזקוקים לעזרת מולקולות אדג'ובנטיות המפעילות אות אזעקה כללי בתאי חיסון הידועים כתאים מציגי אנטיגן (APC). APCs מפנימים הן מולקולות אנטיגן והן מולקולות אדג'ובנטיות ומציגות את האנטיגנים לסוגים שונים של תאי T. תאי T אלה משיקים התקפה מיידית נגד הגידול, או משמרים זיכרון ארוך יותר של הגידול להגנה עתידית.
יעילותו של חיסון נגד סרטן תלויה ברמת ובמשך ה"אזעקה" שהעזרים שלו יכולים לצלצל בנגמ"שים. בעבר, חוקרים גילו שהעברת מולקולות אדג'ובנט ואנטיגן ל-APC בו-זמנית באמצעות ננו-מבנים כמו אוריגמי DNA יכולה להגביר את הפעלת ה-APC. עם זאת, אף אחת מהגישות הללו לא חקרה באופן שיטתי כיצד המספר והסידור הננומטרי של מולקולות אדג'ובנטיות משפיעים על חסינות מכוונת גידול במורד הזרם.
כעת, צוות מחקר במכון Wyss באוניברסיטת הרווארד, Dana-Farber Cancer Institute (DFCI), בית הספר לרפואה של הרווארד (HMS), ו-Corea Institute of Science and Technology (KIST) יצרו פלטפורמת אוריגמי DNA בשם DoriVac, אשר הליבה שלה. הרכיב הוא ננו-מבנה בצורת בלוק מרובע בהרכבה עצמית. אל פנים אחד של הבלוק המרובע, ניתן לחבר מספרים מוגדרים של מולקולות אדג'ובנטיות בדפוסים ניתנים להתאמה גבוהה, ננו-דיוק, בעוד שהפנים הנגדי יכולים לקשור אנטיגנים של גידול. המחקר מצא שמולקולות של אדג'ובנט המכונה CpG המרוחקות בדיוק 3.5 ננומטר אחת מהשנייה הביאו לגירוי המועיל ביותר של APC שגרמו לפרופיל רצוי מאוד של תאי T, כולל אלה שהורגים תאים סרטניים (תאי T ציטוטוקסיים), אלו הגורמים לדלקת מועילה (תאי T מקוטבים Th-1), וכאלה המספקים זיכרון חיסוני ארוך טווח של הגידול (תאי T זיכרון). חיסוני DoriVac אפשרו לעכברים נושאי גידול לשלוט טוב יותר בצמיחת הגידולים ולשרוד זמן רב יותר מאשר לעכברי ביקורת. חשוב לציין, ההשפעות של DoriVac התמזגו גם עם אלו של מעכבי נקודת ביקורת חיסונית, שהם טיפול אימונותרפי מוצלח ביותר שכבר נמצא בשימוש נרחב במרפאה. הממצאים מתפרסמים ב-Nature Nanotechnology.
"טכנולוגיית החיסון לאוריגמי DNA של DoriVac ממזגת יכולות ננו-טכנולוגיות שונות שפיתחנו במהלך השנים עם ידע הולך ומעמיק על תהליכים חיסוניים מדכאי סרטן", אמר חבר סגל הליבה של Wyss, William Shih, Ph.D., שהוביל את צוות מכון Wyss. יחד עם המחבר הראשון יאנג (קלייר) זנג, MD, Ph.D. "אנו מדמיינים שבעתיד, אנטיגנים המזוהים בחולים עם סוגים שונים של גידולים יוכלו להיטען במהירות על אוריגמי DNA טרומיים המכילים אדג'ובנטים כדי לאפשר חיסוני סרטן מותאמים אישית יעילים ביותר שניתן לזווג עם מעכבי נקודת ביקורת מאושרים על ידי ה-FDA בטיפולים משולבים. "
Shih הוא גם פרופסור במחלקה לביולוגיה של סרטן של HMS ו-DFCI, וכחלק מהכותבים האחרים, חבר במרכז המוסדי "אימונו-הנדסה לשיפור אימונותרפיה" (i3) הממומן על ידי NIH הממוקם ב-Wyss.
רציונל אוריגמי DNA
תוסף ה-CpG הוא גדיל סינתטי של DNA המורכב ממוטיבים חוזרים ונשנים של נוקלאוטידים של CpG המחקים את החומר הגנטי מפתוגנים של חיידקים וויראליים פולשים לתאים חיסוניים. כמו מקביליו הטבעיים, תוספי CpG נקשרים ל"קולטן סכנה" הנקרא TLR9 בתאי מערכת החיסון, אשר בתורו גורם לתגובה חיסונית דלקתית (מולדת) הפועלת בהתאמה עם התגובה החיסונית (הסתגלתית) המושרה על ידי אנטיגן.
"ידענו מעבודות קודמות שכדי להפעיל תגובות דלקתיות חזקות, קולטני TLR9 צריכים להתמזג ולהצטבר לקומפלקסים מולטימריים הנקשרים למולקולות CpG מרובות. המרחקים הננומטריים בין התחומים הקושרים ל-CpG במכלולי TLR9 יעילים שהתגלו בניתוח מבני נפלו ישירות לתוך טווח של מה שהשערנו שנוכל לשקף עם מבני אוריגמי DNA המציגים מולקולות CpG מרווחות במדויק", הסביר זנג, שהיה מדריך לרפואה בזמן המחקר וכעת הוא מדען בכיר ב-DFCI ובבית הספר לרפואה של הרווארד (HMS). בנוסף ל-Shih, זנג גם חונך בפרויקט על ידי סופרים בכירים Ju Hee Ryu, Ph.D., חוקר ראשי ב-KIST, וחבר הפקולטה המייסד של Wyss David Mooney, Ph.D., שהוא גם פרופסור בהרווארד בית הספר להנדסה ולמדעים יישומיים של ג'ון א. פולסון (SEAS), ואחד החוקרים הראשיים של מרכז i3.
Zeng והצוות ייצרו חיסוני DoriVac שבהם מספרים שונים של גדילי CpG היו מרווחים במרחק של 2.5, 3.5, 5 או 7 ננומטר זה מזה על פני אחד של הבלוק המרובע, ואנטיגן מודל הוצמד לפנים הנגדי. הם הגנו על המבנים שלהם מפני השפלה בגוף באמצעות שיטת שינוי כימי שפיתחה הקבוצה של שיה קודם לכן. כאשר הופנם על ידי סוגים שונים של APCs, כולל תאים דנדריטים (DCs), אשר מתזמרים תגובות תאי T מכוונות גידול, חיסוני DoriVac שיפרו את ספיגת האנטיגנים בהשוואה לבקרות המורכבות ממולקולות אנטיגן חופשיות. מרווח CpG של 3.5 ננומטר הפיק את התגובות החזקות והמועילות ביותר ב-APCs, והעלה משמעותית על חיסון בקרה המכיל רק מולקולות CpG חופשיות. "היינו נרגשים לגלות שהחיסון DoriVac גרם באופן מועדף למצב הפעלה חיסונית שתומך בחסינות אנטי-גידולית, וזה מה שחוקרים בדרך כלל רוצים לראות בחיסון טוב", אמר זנג.
מלבד המרווחים, גם מספר מולקולות ה-CpG בחיסוני DoriVac היה חשוב. הצוות בדק חיסונים המכילים בין 12 ל-63 מולקולות CpG מרווחות בצורה אופטימלית ומצא ש-18 מולקולות CpG סיפקו את ההפעלה הטובה ביותר של APC. משמעות הדבר היא שהגישה שלהם יכולה גם לעזור להגביל את המינון של מולקולות CpG ובכך למזער את תופעות הלוואי הרעילות הנפוצות הנצפות עם אדג'ובנטים.
רווח בתרגום (גידול).
חשוב מכך, אלה בַּמַבחֵנָה מגמות מתורגמות ל in vivo מודלים של גידול עכברים. כאשר הוזרקו באופן מניעתי מתחת לעור של עכברים, חיסוני DoriVac הצטברו בבלוטות הלימפה הקרובות ביותר, שם הם עוררו DCs. חיסון עמוס באנטיגן מלנומה מנע את הצמיחה של תאי מלנומה אגרסיביים שהוזרקו לאחר מכן. בעוד שכל חיות הביקורת נכנעו לסרטן ביום ה-42 של הניסוי, החיות המוגנות על ידי DoriVac היו כולן בחיים. חיסוני DoriVac גם עיכבו את צמיחת הגידול בעכברים שבהם היווצרות גידולי מלנומה כבר הייתה בעיצומה, כאשר מרווח של 3.5 ננומטר של 18 מולקולות CpG שוב סיפק השפעות מקסימליות על תאי DC ו-T, וההפחתה החזקה ביותר בצמיחת הגידול.
לאחר מכן, הצוות שאל האם חיסוני DoriVac יכולים גם להגביר את התגובות החיסוניות המיוצרות על ידי "ניאואנטיגנים" קטנים המתעוררים בגידולי מלנומה. ניאואנטיגן הם מטרות אידיאליות מכיוון שהם מיוצרים אך ורק על ידי תאי גידול. עם זאת, לעתים קרובות הם אינם אימונוגניים במיוחד בעצמם, מה שהופך את העזרים היעילים ביותר למרכיב חשוב בחיסוני ניאו-אנטיגן. חיסון DoriVac המותאם אישית עם ארבעה ניאו-אנטיגנים אפשר לחוקרים לדכא באופן משמעותי את הצמיחה של הגידול בעכברים שיצרו את הניאו-אנטיגנים.
לבסוף, החוקרים שאלו האם DoriVac יכול לעשות סינרגיה עם טיפול בנקודת ביקורת חיסונית, אשר מפעיל מחדש תאי T שהושתקו בגידולים. בעכברים, שני הטיפולים המשולבים הביאו לרגרסיה מוחלטת של גידולי מלנומה, ומנעו מהם לצמוח בחזרה כאשר החיות נחשפו שוב לאותם תאי גידול כעבור ארבעה חודשים. החיות בנו זיכרון חיסוני של הגידול. הצוות השיג יעילות חיסון דומה במודל לימפומה של עכבר.
אנו חושבים שהערך של DoriVac לקביעת הנקודה המתוקה במתן אדג'ובנט ושיפור האספקה וההשפעות של אנטיגנים מצמידים יכולים לסלול את הדרך לחיסוני סרטן קליניים יעילים יותר לשימוש בחולים עם מגוון סוגי סרטן."
יאנג (קלייר) זנג, MD, Ph.D., מחבר ראשון
הצוות מתרגם כעת את פלטפורמת DoriVac ליישום הקליני שלה, הנתמך על ידי הערכת המחקר של הפצת חיסונים ונוגדנים מכווני חיסונים בעכברים, כמו גם ציטוקינים המיוצרים על ידי תאי חיסון בתגובה לחיסונים in vivo.
"פלטפורמת DoriVac היא הדוגמה הראשונה שלנו לאופן שבו המרדף שלנו אחר מה שאנו מכנים רובוטיקה מולקולרית – מולקולות סינתטיות בהשראה ביולוגית שיש להן צורה ותפקוד ניתנים לתכנות – יכולה להוביל לטיפולים חדשים וחזקים לחלוטין. טכנולוגיה זו פותחת נתיב חדש לחלוטין לפיתוח חיסוני מעצבים עם מאפיינים המותאמים לעמוד באתגרים קליניים ספציפיים. אנו מקווים לראות את התרגום המהיר שלו למרפאה", אמר מנהל מייסד מכון ויס, דונלד אינגבר, MD, Ph.D., שהוא גם פרופסור יהודה פולקמן לביולוגיה כלי דם ב-HMS ובבוסטון בית החולים לילדים, והפרופסור של Hansjörg Wyss להנדסה בהשראה ביולוגית ב-SEAS.
מחברים נוספים במחקר הם אוליביה יאנג, כריסטופר ווינטרזינגר, פרנסס אנסטאסקוס, ג'יימס מקדונלד, ג'ורג'יה איזינלי, מקסנס דלאצ'רי, מיגל סובראל, Haiqing Bai, Amanda Graveline, Andyna Vernet, Melinda Sanchez, Kathleen Mulligan, Youngjin Choi, Thomas Ferrante, Derin Keskin , ג'פרי פל, דונה נויברג, קתרין וו ואייק צ'אן קוון. המחקר מומן על ידי פרויקט האימות של מכון Wyss ותוכניות פרויקט המכון, תוכנית Claudia Adams Barr ב-DFCI, הקרן הקוריאנית לרפואה רגנרטיבית (פרס מס' 21A0504L1), תוכנית המחקר התוך-מוורי של KIST (פרס מס' 2E30840), והמכונים הלאומיים לבריאות ( במסגרת מענק U54 של מרכז i3 (פרס מס' CA244726-01).
