Le cellule CAR-T di nuova generazione distruggono le cellule tumorali con meno effetti tossici nei topi / Next-Gen CAR T Cells Destroy Cancer Cells with Fewer Toxic Effects in Mice

 Le cellule CAR-T di nuova generazione distruggono le cellule tumorali con meno effetti tossici nei topi / Next-Gen CAR T Cells Destroy Cancer Cells with Fewer Toxic Effects in Mice

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori della Keck School of Medicine dell'Università della California del Sud (USC) hanno sviluppato un nuovo tipo di recettore chimerico per l'antigene (CAR) T che induce una risposta immunitaria più controllata al cancro nei topi. Utilizzando una tecnologia chiamata segnalazione sintetica del TCR per il potenziamento delle cellule T della memoria (STEM), il gruppo ha creato CAR con un dominio di segnalazione derivato da ZAP70 (ZAP327) che ha mostrato una maggiore attività antitumorale terapeutica ed una maggiore persistenza delle cellule T in vivo.

Lo studio preclinico dei ricercatori, inclusi test su modelli murini, ha dimostrato che i nuovi costrutti CAR uccidono efficacemente le cellule tumorali, comprese quelle che tipicamente sfuggono alla diagnosi, con minori effetti collaterali tossici. Il gruppo afferma che le loro cellule CAR T ingegnerizzate potrebbero in futuro offrire un modo per trattare in modo più sicuro i tumori del sangue e ridurre il rischio di recidiva. "Abbiamo scoperto che le nostre cellule CAR T possono distruggere le cellule tumorali almeno quanto le terapie CAR T approvate dalla FDA, ma con minori effetti collaterali tossici", ha commentato Xin Liu, PhD, ricercatore post-dottorato in medicina presso la Keck School of Medicine.

In uno studio recentemente pubblicato su Science Translational Medicine (" Il recettore antigenico chimerico guidato dal dominio di segnalazione ZAP327 genera un'immunità antitumorale robusta e a lungo termine nei modelli murini "), i ricercatori, tra cui il primo autore Liu e l'autore senior Rong-Fu Wang, PhD, professore di medicina e pediatria presso la Keck School of Medicine, hanno concluso: "Le nostre cellule CAR T guidate da ZAP327 potrebbero migliorare i problemi di sicurezza e persistenza delle cellule T associati all'attuale immunoterapia con cellule CAR T, sviluppando così la prossima generazione di immunoterapia con cellule CAR T sia per i tumori del sangue che per quelli solidi".

La terapia con cellule CAR-T è una forma di trattamento antitumorale che modifica le cellule immunitarie del paziente per combattere il cancro. Si è dimostrata molto promettente per il trattamento di tumori del sangue come leucemia e linfoma, ma deve ancora affrontare alcune sfide significative. Circa il 30-50% dei pazienti sottoposti a terapia con cellule CAR-T presenta una ricaduta entro un anno dal trattamento, mentre altri sviluppano una pericolosa reazione immunitaria, nota come sindrome da rilascio di citochine (CRS), o tempesta di citochine, che può essere fatale. Questi problemi spesso derivano da fattori come la scarsa sopravvivenza delle cellule CAR-T nell'organismo, la difficoltà di riconoscimento delle cellule tumorali e la tossicità correlata al trattamento.

"La terapia con cellule T con recettori antigenici chimerici (CAR) ha mostrato risposte cliniche impressionanti nel trattamento dei tumori del sangue, ma le elevate percentuali di recidiva della malattia un anno dopo l'infusione di cellule T e le gravi tossicità associate alla terapia con cellule T CAR rimangono problemi importanti", hanno osservato gli autori. "Dato che la persistenza delle cellule T è strettamente associata all'efficacia terapeutica e alla regressione del cancro a lungo termine nella terapia con cellule T CAR, lo sviluppo di strategie per migliorare o prolungare la persistenza delle cellule T è di fondamentale importanza per l'immunoterapia con cellule T".

Le cellule CAR T esprimono un recettore sulla superficie cellulare che riconosce le cellule tumorali e le molecole di segnalazione all'interno della cellula che attivano la risposta immunitaria. "Gli attuali costrutti CAR contengono tipicamente quattro componenti principali: un dominio di legame all'antigene, un dominio cerniera e transmembrana (TM), un dominio costimolatorio intracellulare e un dominio di segnalazione delle cellule T", ha spiegato il gruppo.

Per affrontare i problemi di sicurezza ed efficacia delle terapie CAR T esistenti, il gruppo della Keck School of Medicine si è concentrato sulla riprogettazione del meccanismo di segnalazione interno della cellula, utilizzando la loro nuova tecnologia, la segnalazione TCR sintetica per il potenziamento delle cellule T della memoria (STEM).

Tutti i prodotti a base di cellule CAR-T attualmente approvati dalla FDA utilizzano la stessa proteina di segnalazione, la catena zeta CD3, o CD3ζ, per attivare le cellule T e distruggere il cancro. Sebbene spesso funzionino bene, queste cellule possono perdere forza troppo rapidamente e potrebbero non sopravvivere a lungo nell'organismo, il che significa che in alcuni pazienti il ​​cancro si ripresenterà. "Data l'importanza della segnalazione delle cellule T, ci siamo chiesti se la catena CD3ζ nel costrutto CAR potesse essere sostituita con domini di segnalazione derivati ​​da altre molecole di segnalazione", hanno osservato i ricercatori.

Per cercare un'alternativa più sicura ed efficace, hanno esaminato le molecole coinvolte nelle prime fasi del processo di segnalazione delle cellule T, proteine ​​che contribuiscono a determinare l'intensità e la durata dell'attivazione delle cellule T. Una molecola, ZAP70, si è distinta per la sua capacità di attivare fortemente le cellule CAR T senza sovrastimolarle. I ricercatori hanno testato diverse forme della molecola e hanno scoperto che una, nota come ZAP327, forniva il miglior equilibrio tra sicurezza ed efficacia. Il team ha quindi sostituito CD3ζ con ZAP327 per creare le cellule CAR T di nuova generazione.

Utilizzando modelli murini, il gruppo ha testato le nuove cellule CAR T, confrontandole con le cellule CAR T convenzionali approvate dalla FDA e con altre cellule CAR T recentemente ingegnerizzate. I ricercatori hanno scoperto che, rispetto alle cellule CAR T approvate dalla FDA e ad altre nuove varietà, le cellule CAR T ingegnerizzate STEM hanno avuto prestazioni altrettanto buone o migliori contro le cellule tumorali e hanno mantenuto la loro capacità di combattere il cancro più a lungo. "... Le cellule CAR T ZAP327 hanno mostrato una risposta antitumorale migliorata e una sopravvivenza prolungata nei topi in modelli tumorali murini", hanno affermato.

Gli studi hanno dimostrato che le cellule CAR T ingegnerizzate con tecniche STEM hanno superato le cellule CAR T convenzionali in diversi modi. Sono sopravvissute più a lungo, sono rimaste in uno stato di memoria più sano che le aiuta a sopravvivere e rispondere al cancro recidivante, e hanno persino eliminato le cellule tumorali che tipicamente sfuggono al rilevamento delle terapie CAR T esistenti. I risultati suggeriscono che le cellule ingegnerizzate con tecniche STEM potrebbero essere più efficaci nel riconoscere e prevenire la recidiva della malattia dopo la remissione. "Meccanicisticamente, abbiamo scoperto che il dominio di segnalazione ZAP327 promuoveva le cellule T di memoria di tipo staminale (TSCM) e l'espressione di marcatori delle cellule staminali nelle cellule CAR T ZAP327, prolungando così la persistenza delle cellule T", hanno osservato i ricercatori.

È importante sottolineare che le cellule CAR T ingegnerizzate con tecniche STEM hanno ottenuto risultati migliori contro le cellule tumorali "a bassa espressione antigenica". Queste cellule tumorali sfuggono alla risposta immunitaria dell'organismo, imparando a mostrare meno segnali di invasori indesiderati, il che le rende più difficili da rilevare e uccidere per le cellule T. "... Le cellule CAR T guidate da ZAP327 superano le cellule CAR T convenzionali e diverse cellule CAR T recentemente migliorate nell'immunità antitumorale terapeutica, in particolare in un modello tumorale a bassa espressione antigenica, che è clinicamente rilevante e importante per l'evasione immunitaria e la recidiva della malattia", hanno sottolineato i ricercatori.

Le nuove cellule CAR T hanno prodotto meno citochine (molecole che innescano le risposte immunitarie) nei modelli murini. Ciò indica che le cellule ingegnerizzate con tecniche STEM potrebbero essere più sicure delle terapie esistenti, con un minor rischio di reazioni immunitarie pericolose. "La tossicità è stata un problema importante nell'immunoterapia con CAR T e queste sostanziali riduzioni nel rilascio di citochine potrebbero rendere la terapia più sicura e tollerabile per i pazienti", ha affermato Wang. Gli autori hanno aggiunto: "I principali vantaggi delle cellule CAR T guidate da ZAP327 sono la ridotta produzione di citochine proinfiammatorie e una maggiore persistenza delle cellule T, generando così una robusta immunità antitumorale senza potenziale tossicità e recidiva della malattia".

I ricercatori stanno inoltre testando l'approccio STEM con la terapia con cellule T basate sul recettore delle cellule T (TCR-T), un diverso tipo di immunoterapia più efficace contro i tumori solidi. "I nostri risultati non solo forniscono una comprensione approfondita di come la segnalazione del TCR regoli la produzione di citochine, l'uccisione del tumore, il passaggio al pathway metabolico e le cellule T SCM , ma stimolano anche lo sviluppo della prossima generazione di terapia con cellule CAR-T con maggiore sicurezza e immunità antitumorale a lunga durata, che potrebbe essere applicabile anche all'immunoterapia con cellule T TCR", hanno affermato.

Dopo i primi incoraggianti risultati, il team di ricerca avvierà una sperimentazione clinica per testare le cellule CAR-T ingegnerizzate con tecniche STEM sui pazienti. Stanno anche lavorando per sviluppare cellule CAR-T in grado di riconoscere e colpire più di una proteina sulle cellule tumorali, rendendole più facili da individuare e distinguere dalle cellule sane.

ENGLISH

Researchers at the Keck School of Medicine of University of Southern California (USC) have developed a new type of chimeric antigen receptor (CAR) T cell that elicits a more controlled immune response to cancer in mice. Using a technology called Synthetic TCR signaling for Enhancing Memory T cells (STEM), the team created CARs with a ZAP70-derived signaling domain (ZAP327) that showed enhanced therapeutic antitumor activity and increased in vivo T cell persistence.

The researchers’ preclinical study, including tests in mouse models, demonstrated that the new CAR constructs effectively kill cancer cells, including those that typically escape detection, with fewer toxic side effects. The team says their engineered CAR T cells may in future offer a way to more safely treat blood cancers and reduce the chance of relapse. “We found that our CAR T cells can destroy cancer cells at least as well as FDA-approved CAR T therapies, but with fewer toxic side effects,” commented Xin Liu, PhD, a postdoctoral research associate in medicine at the Keck School of Medicine.

In a newly published study in Science Translational Medicine (“ZAP327 signaling domain–driven chimeric antigen receptor generates robust and long-term antitumor immunity in mouse models,”) the researchers, including first author Liu, and senior author Rong-Fu Wang, PhD, professor of medicine and pediatrics at the Keck School of Medicine, concluded, “Our ZAP327-driven CAR T cells may improve the safety and T cell persistence issues associated with current CAR T cell immunotherapy, thus developing the next generation of CAR T cell immunotherapy for both blood and solid cancers.”

CAR T cell therapy is a form of cancer treatment that modifies a patient’s own immune cells to fight cancer. It has shown great promise for treating blood cancers such as leukemia and lymphoma, but still faces some significant challenges. Approximately 30-50% of patients who receive CAR T cell therapy relapse within one year of treatment, while others have a dangerous immune reaction, known as cytokine release syndrome (CRS), or cytokine storm, which can be fatal. These problems often stem from issues such as CAR T cells not surviving long enough in the body, cancer cells becoming harder to recognize, and treatment-related toxicity.

“Chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapy has shown impressive clinical responses in the treatment of blood cancers, but high percentages of disease relapse one year after T cell infusion and severe toxicities associated with CAR T cell therapy remain major issues,” the authors noted. “Given that T cell persistence is closely associated with therapeutic efficacy and long-term cancer regression in CAR T cell therapy, developing strategies for improving or prolonging T cell persistence is fundamentally important for T cell immunotherapy.”

CAR T cells express a receptor on the cell surface that recognizes cancer cells and signaling molecules inside the cell that activate the immune response. “Current CAR constructs typically contain four major components: an antigen-binding domain, a hinge and transmembrane domain (TM), an intracellular costimulatory domain, and a T cell signaling domain,” the team explained.

To address the safety and efficacy issues with existing CAR T therapies, the Keck School of Medicine team focused on redesigning the cell’s internal signaling machinery, using their new technology, Synthetic TCR signaling for Enhancing Memory T cells (STEM).

All CAR T cell products currently approved by FDA use the same signaling protein—CD3 zeta chain, or CD3ζ—to activate T cells for cancer destruction. While they often work well, these cells can lose strength too quickly and may not survive long in the body, which means for some patients the cancer will return. “Because of the importance of T cell signaling, we asked whether the CD3ζ chain in the CAR construct could be replaced with signaling domains derived from other signaling molecules,” the investigators noted.

To look for a safer and more effective alternative, they screened molecules involved early in the T-cell signaling process—proteins that help guide how strongly and how long T cells stay activated. One molecule, ZAP70, stood out for its ability to strongly activate CAR T cells without overstimulating them. The researchers tested several forms of the molecule and found that one piece, known as ZAP327, provided the best balance of safety and potency. The team then replaced CD3ζ with ZAP327 to create the next-generation CAR T cells.

Using mouse models the team tested the new CAR T cells, comparing them with conventional, FDA-approved CAR T cells and other recently engineered CAR T cells. The investigators found that, compared with FDA-approved CAR T cells and other new varieties, the STEM-engineered CAR T cells performed as well as or better against cancer cells and kept their cancer-fighting abilities for longer. “… ZAP327 CAR T cells showed enhanced antitumor response and prolonged mouse survival in mouse tumor models,” they stated.

Studies showed that the STEM-engineered CAR T cells outperformed conventional CAR T cells in several ways. They survived longer, remained in a healthier memory-like state that helps them survive and respond to returning cancer, and even eliminated cancer cells that typically evade detection by existing CAR T therapies. The results suggest that the STEM-engineered cells may be more effective at recognizing and preventing disease relapse after remission. “Mechanistically, we found that the ZAP327 signaling domain promoted stem-like memory T (TSCM) cells and expression of stem cell markers in ZAP327 CAR T cells, thus prolonging T cell persistence,” the investigators noted.

Importantly, STEM-engineered CAR T cells performed better against “low-antigen” cancer cells. These cancer cells escape the body’s immune response, learning to display fewer signs that they are unwelcome invaders, which makes them harder for T cells to detect and kill. “… ZAP327-driven CAR T cells outperform conventional and several recently improved CAR T cells in therapeutic antitumor immunity, particularly in an antigen-low expression tumor model, which is clinically relevant and important for immune escape and disease relapse,” the investigators pointed out.

The new CAR T cells produced fewer cytokines (molecules that trigger immune responses) in mouse models. This indicates that the STEM-engineered cells could be safer than existing therapies, with a lower risk of dangerous immune reactions. “Toxicity has been a major issue in CAR T immunotherapy, and these substantial reductions in cytokine release could make the therapy safer and more tolerable for patients,” said Wang. The authors added, “The major advantages of ZAP327-driven CAR T cells are reduced proinflammatory cytokine production and enhanced T cell persistence, thus generating robust antitumor immunity without potential toxicity and disease relapse.”

The researchers are also testing the STEM approach with T-cell receptor T cell (TCR-T) therapy, a different type of immunotherapy that is more effective with solid cancers. “Our findings not only provide a deep understanding of how TCR signaling regulates cytokine production, tumor killing, metabolic pathway switch, and TSCM cells but also spur the development of the next generation of CAR T cell therapy with improved safety and long-lasting antitumor immunity, which may be also applicable to TCR T cell immunotherapy,” they stated.

Following their encouraging early results, the research team will pursue a clinical trial that tests STEM-engineered CAR T cells in patients. They are also working to develop CAR T cells that can recognize and target more than one protein on cancer cells, making it easier to detect and distinguish them from healthy cells.

Da:

https://www.genengnews.com/topics/cancer/next-gen-car-t-cells-destroy-cancer-cells-with-fewer-toxic-effects-in-mice/?_hsenc=p2ANqtz--cph_8eggQx1CKWiv_DhuWaqozgtv48wuyFVaFC-WnODDe0ECK0ZovRXmH0Pqh54Ef8jXZm6nSt9pFMWNiFzZUWAaSmCKEGARUXBSphe0fL4jEY2Y&_hsmi=394179008