Projekti / Programi
Načrtovan varnostni mehanizem za uporabo v celično-posredovani terapiji
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.01.00 |
Medicina |
Mikrobiologija in imunologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B000 |
Biomedicinske vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
Celično-posredovana imunoterapija, imunoterapija raka, himerni antigenski receptor (CAR) matične celice, CRISPR/Cas9, esencialni gen, cepljeni protein
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
34529 |
dr. Vida Forstnerič |
Biotehnologija |
Vodja |
2018 - 2020 |
0 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
10 |
Povzetek
Celično-posredovana terapija predstavlja eno od osrednjih in pomembnih novosti v razvoju personaliziranega zdravljenja v zadnjih letih. Predvsem izstopajo uspehi na področju imunoterapije raka z uporabo himernih antigen skih receptorjev (ang. chimeric antigen receptor ali CAR) in zdravljenja na osnovi matičnih celic. Za razliko od majhnih molekul imajo terapevtske celice sposobnost zaznavanja pogojev v tkivu, sprožitve terapevtskega odgovora, proliferacije in preživetja v pacientih. Reakcija celic na določeno mikrookolje tkiva lahko povzroči, da celica opusti svoj prvotni terapevtski namen in povzroča škodo, na primer v obliki bolezni presadka proti gostitelju, kronične ali akutne toksičnosti ali nastanka tumorja. Vpeljava varnostnega mehanizma, ki bi omogočil zanesljivo odstranitev terapevtskih celic iz pacienta v primeru nastopa stranskih učinkov ali ob zaključku terapije bi predstavljala pomemben napredek in omogočila bolj razširjeno uporabo tovrstnih terapij. Varnostna stikala, ki so bila razvita do sedaj temeljijo na indukciji aktivacije letalnega gen, kot je timidin kinaza ali kaspaza 9. Glavna pomankljivost teh sistemov je občutljivost na mutacije, ki bi omogočile, da celice zaobidejo varnostni mehanizem. Takšne celice bi bile podvržene pozitivni selekciji in vivo. Predlagamo izdelavo varnostnega mehanizma za uporabo v celičnih terapijah, ki bi omogočal hitro in učinkovito odstranitev terapevtskih celic in njegova varnost oziroma učinkovitost ne bi bila občutljiva na točkovne mutacije. Predlagan project temelji na vpeljavi varnostnega stikala, ki bo temeljil na inaktivaciji endogenega esencialnega gena, njegova funkcija pa bo nadomeščena s kemično inducibilno obliko cepljenega proteina. Z uporabo sistema CRISPR-Cas9 (ang. clustered regularly interspaced short palindromic repeat-Cas9) bomo onemogočili delovanje esencialnega gena, ki je ključen za preživetje celice. Vzporedno bomo v celico vnesli gen z zapisom za protein, katerega aktivnost bomo lahko nadzirali in bo nadomeščal funkcijo esencialnega gena. Protein bo v citosolu prisoten v obliki dveh katalitično neaktivnih podenot, ki se bosta sestavili v katalitično aktivno obliko le ob prisotnosti majhne regulatorne molekule. Prisotnost ali odsotnost majhne molekule bo tako pogojevala preživetje celice. Predlagani mehanizem ima potencialno uporabo v različnih pristopih celične terapije, kot so imunoterapija s CAR-i, transgenimi T-celičnimi receptorji in terapiji z matičnimi celicami.
Pomen za razvoj znanosti
Celična terapija predstavlja pomemben napredek pri zdravljenju, saj imajo celice sposobnost migracije do tarčnega mesta v telesu, integracije vhodnih signalov in kompleksnega odgovora nanje. Te prednosti lahko s pridom izkoriščamo pri zdravljenju raka, okužb, avtoimunih obolenj, nevrodegenerativnih bolezni in v regenerativni medicini. Po drugi strani pa kompleksnost celic kot terapevtikov lahko vodi v nepredvidene stranske učinke in otežuje njihovo regulacijo po transplantaciji v pacienta, kar predstavlje ovire pri standardizaciji in implementaciji celično posredovanih terapij za širšo uporabo. Trenutno temelji uporaba matičnih celic in imunoterapija z limfociti T na uporabi ex vivo spremenjenih avtolognih celic ali alogenih celic iz kompatibilnega donorja, kar lahko močno omeji uporabo teh terapij, zlasti pri imunokomprimitiranih pacientih in pri dojenčkih. Bodoče smernice temeljijo na razvoju bolj univerzalnih oblik terapije, ki bi razširile njeno potencialno uporabo. Orodja in znanja, ki so danes na voljo znanstvenikom, omogočajo načrtovanje novih sistemov, ki bodo omogočala boljši nadzor nad terapevtskimi celicami in vivo.
V projektni prijavi predlagamo uporabo različnih orodij in osnovnih gradnikov sintezne biologije za končni cilj modofikacije sesalskih celic, ki bi povečal varnost celično posredovane imunoterapije različnih bolezni. Trenutni pristopi temeljijo na uporabi t.i. 'suicide' gena, vendar je pomanjkljivost takih sistemov v občutljivosti na točkovno mutagenezo, ki lahko omogoča celici, da varnostni mehanizem zaobide in takšne celice se lahko celo preferenčno namnožijo v pacientu. Izvirnost našega predlaganega pristopa je v tem, da je na točkovno mutagenezo neobčutljiv, saj temelji na kemično inducibilni rekonstituciji vitalne funkcije, namesto na aktivaciji signala za uničenje. V našem primeru točkovna mutacija, ki bi sistem inaktivirala, ne bi predstavljala nevarnosti, saj bi bila takšna celica uničena in se ne bi mogla nadalje namnoževati, kot v primeru uporabe 'suicide' gena. Naša naprava bi tako predstavljala zanesljiv način uničenja terapevtskih celic ob nastopu stranskih učinkov ali ob zaključku terapije.
Pomen za razvoj Slovenije
In a therapeutic setting, cells can act as part cell and part device, moving to specific sites in the body, integrating inputs and executing complex funtions in response. These attributes can be successfully harnessed in the treatement of cancer, infections, autoimmunity, neurodegenerative diseases and tissue repair and regeneration. However, the complexity of cells and the challenge of precisely predicting and controlling their actions in vivo presents daunting scientific, regulatory, cultural and economic obstacles for the establishment of cell-based therapy as a more widespread pharmaceutical platform. Currently, stem cell therapy and T-cell immunotherapy remain based on autologous, ex vivo engineered cells, or cells from allogeneic donors, which can greatly limit use of therapy, especially in immunocompromised individuals, heavily treated patients and infants where sufficient propagation of autologues cells is not always possible. Further prospectives are aimed towards an ultimate goal of engineering universal, off-the-shelf therapeutic cells to overcome patient compatibility issues and increase accessibility of such therapies. With the tools and knowledge avaliable to scientists today, possibilities arise to generate and assemble in new ways a tooklit of molecular parts allowing rational design of and precise and rigurous control over therapeutic cells in vivo.
Our research proposal harnesses diverse and modular approaches of synthetic biology for engineering mammalian cells for use in cell-based immunotherapy, aimed to increasing safety. Current safety mechanisms include inducible suicide gene strategies, all of which are able to, by a single point mutation, shed or inactivate the control circuit as a mechanism of escape. Such cells would be prone to positive selection in vivo and would further represent a safety concern, thus not ultimately resolving the issue. The originality of our design is in that it bypasses this crucial issue since it is based on the conditional reconstitution of an essential function rather than on activation of a toxic molecule, which can be easily bypassed by point mutations. In our design, any single point mutation, causing inactivation of the safety mechanism, could not present a safety issue, since the specific cell in which the mutation occurs would be selected against, and not propagated, as is the case in current suicide gene strategies. Our device is designed to represent a sure-fire universal survival switch for cells which would allow for rapid termination of therapy if toxicity where to occur at any stage or upon completion of therapy to prevent further unwanted activation of therapeutic cells.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
