תוך שימוש בביולוגיה סינתטית, חוקרים חושפים SNIPRs – קולטנים שחולל מהפכה בטיפולים בתאי T CAR על ידי שיפור הדיוק והבטיחות של הגידול.
מחקר: קולטנים מהונדסים לתקשורת תאית מסיסים ולחישת מחלות. קרדיט תמונה: Corona Borealis Studio / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת טֶבַעחוקרים מארצות הברית של אמריקה פיתחו את הארכיטקטורה של קולטן פרוטאוליזה תוך-ממברנה סינתטית (SNIPR) כדי להפעיל תאים טיפוליים מהונדסים בתגובה לליגנדים מסיסים. מערכת קולטנים חדשה זו פועלת באמצעות דימריזציה המושרה על ידי ליגנד ואחריה פרוטאוליזה אנדוציטית, ומציעה רגישות גבוהה וסגוליות לאיתור גורמים מסיסים. הם מצאו ש-SNIPRs מאפשרים לתאי CAR להתמקם במדויק לגידולים ולתמוך באיתות בין-תאי סינתטי תוך הימנעות מהשפעות מחוץ למטרה.
רֶקַע
הבסיס של איתות ביוכימי טמון ביכולת של תאים לחוש ולהגיב למולקולות מסיסות, מה שמאפשר פונקציות מורכבות כמו תגובות חיסוניות והתפתחות רקמות. חיקוי זה בביולוגיה סינתטית עשוי לחולל מהפכה ביישומים טיפוליים, כמו יצירת תאים מהונדסים המגיבים לאותות רחוקים או מתקשרים אך ורק דרך מסלולים מלאכותיים. עם זאת, מערכות קולטנים קיימות לזיהוי גורמים מסיסים כגון תאי אנטיגן כימרי (CAR)-T מתמודדות עם אתגרים כמו תגובות חלשות, גמישות ליגנד מוגבלת ותכנונים מורכבים מרובי רכיבים, המעכבים תרגום קליני.
כדי לטפל במגבלות אלו, חוקרים פיתחו SNIPRs כקולטנים קומפקטיים בעלי שרשרת אחת. SNIPRs משתמשים בארכיטקטורה מבוססת Notch אך עוקפים באופן ייחודי מסנני חישה מכנו, ומאפשרים להם לזהות ליגנדים מסיסים בעלי רגישות גבוהה ופעילות רקע נמוכה. בניגוד לקולטני synNotch קונבנציונליים, SNIPRs יכולים לחוש גורמים מסיסים באמצעות מסלול הפעלה חלופי הכולל דימריזציה המופעלת על ידי ליגנד ואיתות אנדוזומלי לאחר מכן. המודולריות והיעילות שלהם הופכות את SNIPRs לכלי מבטיח לאפשר תוכניות גנטיות טיפוליות מדויקות בתאי מערכת החיסון, תוך התגברות על המגבלות של פלטפורמות הקולטנים הנוכחיות. במחקר הנוכחי, החוקרים בדקו האם ניתן להנדס את מערכת ה-SNIPR כדי לזהות ליגנדים מסיסים, ולסלול את הדרך ליישומים מגוונים בהנדסת תאים טיפולית וביולוגיה סינתטית.
על המחקר
SNIPRs תוכננו לזהות ציטוקינים מסיסים הקשורים לגידול כמו גורם גדילה מתמר β (TGF-β) וגורם גדילה אנדותל כלי דם α (VEGF) באמצעות מקטעים משתנים חד-שרשרתיים (scFvs) מנוגדנים נגד ציטוקינים אלה. SNIPRs שולבו בתאי CD3+ T אנושיים ונבדקו עבור פעילות עם קישור ליגנד. הביצועים כוונו על ידי התאמת מאפייני scFv ותחומי הצירים. לדוגמה, מוטציה של שארית ציסטאין בתחום הציר לסרין הגבירה את הרגישות והפחתה את הפעלת הרקע. הפעלת SNIPR נחקרה באמצעות מעכבי מולקולות קטנות כמו DAPT וכלורוקין. איתות "OrthoSNIPR" היה מכוון עם ליגנדים בעלי ערכיות וגיאומטריה שונים, תוך שימוש בהטרודימרים סינתטיים לתקשורת ביו-אורתוגונלית.
כדי להעריך את הפוטנציאל הטיפולי של מעגלי SNIPR-CAR מסיסים, SNIPRs תורבו יחד עם שורות תאי גידול, וייצור ליגנד וביטוי CAR נמדדו. זה כלל בדיקת SNIPRs נגד מגוון של ליגנדים הקשורים לגידול בַּמַבחֵנָה ו in vivo כדי לאשר את הסלקטיביות והרלוונטיות הטיפולית שלהם. בַּמַבחֵנָההרג תאי T הוערך באמצעות הדמיה של תאים חיים עם מכוניות שונות. In vivoמעגלי SNIPR-CAR T-cell נבדקו בעכברים עם מלנומות ואדנוקרצינומות בריאות, תוך השוואה בין יעילות לטיפולי CAR-T סטנדרטיים. החלון הטיפולי נבדק גם באמצעות CAR צולב תגובתי המכוון לקולטן של גורם גדילה אפידרמיס אנושי 2 (Her2).
תוצאות ודיון
SNIPRs מפעילים בהצלחה תגובה שעתוק בתאי T אנושיים לאחר חשיפה לליגנד. שינויים בתחומי הזהות, האוריינטציה והטרנסאקטיבציה של scFv שיפרו את עוצמת ה-SNIPR תוך שמירה על הספציפיות. בנוסף, SNIPRs זיהו גורמים אחרים כמו גורם גדילה פיברובלסט 2 ואינטרפרון-γ. מערכת ה-"orthoSNIPR" הביו-אורתוגונלית המשתמשת בהטרודימרים LHD יכולה לאפשר שליטה מדויקת על איתות סלולרי מהונדס ללא תלות בחלבונים טבעיים. מערכת זו מאפשרת ערוצי תקשורת "פרטיים", שבהם רק תאים מהונדסים מזהים ומגיבים לאותות סינתטיים ספציפיים.
הוכח שהפעלת SNIPRs מתרחשת דרך מסלול אנדוציטי, שבו קשירת ליגנד עורר הפנמה של קולטן, ואחריה פרוטאוליזה באנדוזום. זה אושר באמצעות הדמיה קונפוקלית, המראה colocalization של קולטן ליגנד בתאים פנימיים. השימוש בליגנים סינתטיים מעוצבים עם ערכיות וגיאומטריה משתנים הדגים עוד יותר את יכולת הכוונון של תגובות SNIPR, מה שמאפשר שליטה עדינה בעוצמת האותות ובתזמון. מערכת orthoSNIPR הראתה כוונון בתגובת האיתות שלה, בהשפעת ערכיות ליגנד וגיאומטריה, ויכלה לתמוך באיתות מותנה שבו גורמים חיצוניים מווסתים את ההפעלה. בנוסף, נמצא שהמערכת מאפשרת איתות אוטונומי.
בַּמַבחֵנָהתאי SNIPR-T הגיבו לגורמים מסיסים כמו TGF-β1 ו-VEGFα באופן תלוי מינון, עם מתאמים ברורים שנמצאו בין ייצור ליגנד והפעלת SNIPR. מעגלי SNIPR → CAR הדגימו הרג יעיל של תאי גידול, כאשר CARs ספציפיים ל-Her2 היו חזקים במיוחד. מעגלים אלה הראו קינטיקה הרג איטית יותר עקב ביטוי CAR מושהה אך גם ספציפיות מצוינת. In vivoSNIPR → מעגלי CAR שיפרו את הבטיחות והיעילות בהשוואה לתאי CAR-T המכוננים. לדוגמה, מעגלי CAR בעלי תגובתיות צולבות שנועדו להפחית רעילות בריאות הראו בקרת גידול יעילה ללא ההשפעות החמורות מחוץ למטרה שנצפו בטיפולי CAR קונבנציונליים.
מַסְקָנָה
לסיכום, המחקר מציע ש-SNIPR מסיסים הם כלים מבטיחים ורב-תכליתיים לביו-הנדסה וביולוגיה טיפולית, לאור יכולתם לחוש שיפועים במהלך ההתפתחות ולדווח על מצבים חיסוניים במחלות כמו סרטן ואוטואימוניות. העיצוב הקומפקטי והניתן להתאמה אישית של SNIPRs תומך במעגלים ביו-חישוביים מורכבים ובמערכות מרובות קולטנים, המאפשר שליטה סלולרית מדויקת לטיפול ומחקר.
מחקרים עתידיים על SNIPRs יכולים לחקור אופטימיזציה של פרופילי תגובה באמצעות שינויים כמו הנדסת תחום צירים, המאפשרים שליטה עדינה יותר בפעילות הקולטנים. בנוסף, שילוב SNIPRs עם מעגלים מרובי קולטנים או שילוב של זיהוי ליגנדים מסיסים וקשורים לממברנה יכולים להרחיב את ישימותם על סביבות רקמות דינמיות ומורכבות. חקירת הפעלה כפולה על ידי ליגנדים מסיסים וקשורים לממברנה עשויה לשפר את הדיוק במיקוד למיקרו-סביבות. בנוסף, שילוב SNIPRs עם רשתות איתות מרובות תאים יכול לעזור לפתוח אסטרטגיות טיפוליות מתקדמות למחלות מורכבות. יישומים אלה מתרחבים מעבר לטיפול בסרטן ועד לביולוגיה התפתחותית והנדסת רקמות, כאשר שיפוע איתות מבוקרים הם קריטיים.
