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CRISPR-editierte T-Zellen gewinnen die TvT-Schlacht
Januar 2023
Mit der CRISPR-Basen-Edititierungstechnologie veränderte T-Zellen wurden erstmals erfolgreich zur Behandlung der akuten lymphoblastischen T-Zell-Leukämie eingesetzt {1}.
Eine 13-jährige Patientin, die an akuter lymphatischer T-Zell-Leukämie (T-ALL) erkrankt war, wurde in die klinische Studie „TvT“ aufgenommen, eine Zusammenarbeit zwischen dem UCL und dem Great Ormond Street Hospital, bei der sie eine experimentelle Behandlung mit CAR-T-Zellen erhielt, die auf ihrer Basis so verändert wurden, dass sie sich nicht mehr gegeneinander richten, sondern nur noch gegen krebserregende T-Zellen. Letzte Woche wurde berichtet, dass die bahnbrechende Behandlung ein Erfolg war und der Patient nur 28 Tage nach der Behandlung in Remission ist {1}.
Die so genannte „T-Zelle-gegen-T-Zelle“-Studie vereint zwei Technologiebereiche, um eine neuartige Behandlung zu entwickeln: CAR-T-Zellen, die bereits seit einiger Zeit in der Krebstherapie eingesetzt werden, und die viel neuere Technik der Basen-Editierung, eine Weiterentwicklung der CRISPR-Cas9-Gen-Editierungstechnologie, die 2012 von den Nobelpreisträgern Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna vorgeschlagen wurde.
Bei der CAR-T-Zelltherapie handelt es sich in der Regel um autologe T-Zellen, die dem Körper des Patienten entnommen und so verändert werden, dass sie einen chimären Antigenrezeptor enthalten, der an Antigene bindet, die nur auf Krebszellen exprimiert werden. Einmal gebunden, zerstören die CAR-T-Zellen die Krebszellen. Allerdings hat die CAR-T-Zelltherapie bei Krebserkrankungen auch Nachteile, da die Quelle der T-Zellen begrenzt sein kann; der Patient verfügt möglicherweise nicht über genügend T-Zellen, um eine lebensfähige Population von CAR-T-Zellen zu produzieren, insbesondere wenn er an Leukämie leidet. Außerdem sind CAR-T-Zellen bekanntermaßen schwer zu kontrollieren und können sich gegenseitig zerstören, bevor sie die beabsichtigten Zielkrebszellen erreichen, da sie alle dieselben Oberflächenproteinmarker wie CD3 und CD7{2} haben. Das Forscherteam am UCL unter der Leitung von Professor Waseem Qasim{1} wandte die Technologie zur Basen-Editierung an, um die CAR-T-Zellen weiter zu modifizieren und so zu versuchen, diese Probleme zu überwinden. Das Team beschloss, mittels Basen-Editierung eine Reihe spezifischer Nukleotid-Editierungen in den Genen vorzunehmen, die für bestimmte auf der Oberfläche der T-Zellen exprimierte Rezeptoren kodieren, um erstens die Voraussetzung zu beseitigen, dass die T-Zellen vom Patienten stammen müssen, und zweitens die Wechselwirkungen der CAR-T-Zellen untereinander zu verringern.
Die Technologie zur Basen-Editierung basiert auf einer modifizierten Version des Cas9-Endonuklease-Enzyms, das in den meisten CRISPR-Anwendungen in Kombination mit einer Leit-RNA verwendet wird, die das Enzym an die richtige Stelle in einer Nukleinsäuresequenz führt. Anstatt beide Stränge der Nukleinsäure zu spalten, wird Cas9 mit einer Punktmutation (D10A) modifiziert, so dass es nur einen Strang spaltet und eine Einkerbung auf dem Strang gegenüber dem zu bearbeitenden Nukleotid macht. Das Cas9-Enzym ist auch mit einem Basen-editierenden Desaminase-Enzym verbunden, in diesem Fall APOBEC1, das mit den zelleigenen Reparaturmechanismen zusammenarbeitet, um ein einzelnes Nukleotid in der Zielsequenz zu ersetzen. Das Team verwendete diesen Basen-editierenden Komplex (coBE3) in Kombination mit mehreren verschiedenen Leit-RNAs, um spezifische Schnitte in den Genen der CAR-T-Zellen{2} vorzunehmen. Bei den Änderungen handelte es sich um Umwandlungen von Cytosin in Thymin-Nukleotide in den Genen, die für den charakteristischen T-Zell-Rezeptor (TCR), den CD7-Rezeptor und den CD52-Rezeptor kodieren, der sich normalerweise auf der Außenseite der T-Zellen{1} befindet. Jeder dieser kleinen Schnitte führte dazu, dass in diesen Genen vorzeitige Stoppcodons vorhanden waren, was ihre Expression verhinderte. Die bearbeiteten T-Zellen wurden anschließend wie üblich so modifiziert, dass sie einen chimären Antigenrezeptor (CAR) exprimieren, der auf CD7- oder CD3-Proteine gerichtet und in der Lage ist, an diese zu binden, die auf den krebsartigen T-Zellen noch stark exprimiert werden.
Jede Bearbeitung oder Veränderung der T-Zelle in dieser Technologie erfüllt einen anderen Zweck, um den Einsatz in der Therapie zu verbessern. Die Veränderung des TCR bedeutet, dass die CAR-T-Zellen vom Immunsystem nicht als „nicht-selbst“ erkannt werden, so dass T-Zellen eines Spenders ohne gefährliche Immunreaktion des Wirts verwendet werden können. Das bedeutet, dass die CAR-T-Zellen mit diesem Edit „universell“ sind und jedem Patienten, der eine Behandlung benötigt, gespendet werden können. Die Bearbeitung des CD7-Rezeptors bedeutet, dass die CAR-T-Zellen untereinander nicht als T-Zellen erkannt werden und sich daher nicht gegenseitig zerstören sollten, bevor sie an die Krebszellen abgegeben werden. Die Bearbeitung des CD52-Rezeptors bedeutet, dass die CAR-T-Zellen nicht von therapeutischen Antikörpern erkannt werden, die normalerweise zur Behandlung von Leukämie eingesetzt werden, wie z. B. Alemtuzumab, das bei den meisten Patienten vorhanden ist und die CAR-T-Zellen normalerweise zerstören würde. Die letzte Modifikation, bei der das CAR-Konstrukt durch eine Standardtransformation in die T-Zellen eingebracht wird, bedeutet, dass die T-Zellen auf das CD7-Protein ausgerichtet sind, das noch auf den krebsartigen T-Zellen exprimiert wird, und diese Zellen erkennen und binden können, bevor sie abgetötet{2} werden. Alle vier Modifikationen zusammen – drei davon sind Basenveränderungen durch die CRISPR-Technologie – ermöglichen die Herstellung modifizierter CAR-T-Zellen ohne die oben genannten Probleme, die in Kombination mit anderen Antikörpertherapeutika verwendet werden können.
Diese CRISPR-Technologie wurde von derselben Gruppe bereits früher eingesetzt, allerdings bei B-Zell-Leukämie, wo weniger Modifikationen erforderlich waren, damit die CAR-T-Zellen wirken konnten. In diesem Fall nahm das Team die gleichen Änderungen an den TCR- und CD52-Genen vor und exprimierte anschließend das CAR-Konstrukt in der bearbeiteten T-Zelle. Auch hier meldeten sie Erfolge bei der Behandlung von sechs Kindern mit Leukämie{3}. Das Ergebnis dieser Technologie ist, dass editierte CAR-T-Zellen theoretisch von jedem beliebigen Spender hergestellt und einem Patienten verabreicht werden können, um krebserregende T-Zellen (oder B-Zellen) schnell zu finden und zu zerstören, wobei das Risiko von Nebenwirkungen geringer ist. Die Verwendung von Basen-Editierung verringert das Risiko von Off-Target-Effekten und erhöht die Effizienz der Edits, während frühere Technologien zur Genbearbeitung, die doppelsträngige Brüche erzeugen, wie TALEN oder sogar CRISPR-Cas9, zu unerwünschten Translokationen zwischen Chromosomen führen{2}. Die erfolgreichen Ergebnisse dieser klinischen Studie wurden weithin als ein großer Fortschritt in der Immuntherapie anerkannt, der die Krebsbehandlung für Patienten verbessern könnte, indem erschwingliche und zugängliche Zelltherapie angeboten wird.
{1} https://www.ucl.ac.uk/news/2022/dec/world-first-use-base-edited-car-t-cells-treat-resistant-leukaemia
{2} https://www.nature.com/articles/s41375-021-01282-6
{3} https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abq3010
{4} https://www.hgf.com/healthcare-scanner/navigating-the-crispr-ip-confusion/
Dieser Artikel wurde von HGFs Patentdirektorin Ellie Purnell verfasst.
