Kombination aus CAR-T-Zellen und modifizierten Stammzellen als Ansatz für alle Blutkrebstypen

Eine präklinische Proof-of-Concept-Studie der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania beschreibt einen Ansatz mit Epitop-Editierung. Co-Seniorautor ist Prof. Carl June, Erfinder der CAR-T-Zelltherapie.

Eine umfassende neue Strategie könnte Hoffnung auf die Behandlung praktisch aller Blutkrebsarten mit der CAR-T-Zelltherapie machen, die derzeit für fünf Subtypen von Blutkrebs zugelassen ist. Wissenschaftler der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania haben die potenzielle Wirksamkeit dieses Ansatzes in präklinischen Tests nachgewiesen.

In der am 31.08.2023 in „Science Translational Medicine“ veröffentlichten Studie verwendeten die Forscher manipulierte CAR-T-Zellen, um auf CD45 abzuzielen – einen Oberflächenmarker, der auf fast allen Blutzellen, einschließlich fast allen Blutkrebszellen, vorkommt. Da CD45 auch auf gesunden Blutzellen vorkommt, entwickelte das Forscherteam mithilfe der CRISPR-Basen-Editierung eine Methode namens „Epitop-Editierung“, um die Herausforderungen einer Anti-CD45-Strategie zu überwinden, die andernfalls zu niedrigen Blutzahlen und damit potenziell zu lebensbedrohlichen Nebenwirkungen führen würde. Die ersten Ergebnisse stellen einen Proof-of-Concept für die Epitop-Editierung dar, bei der ein kleiner Teil des Ziel-CD45-Moleküls gerade so weit verändert wird, dass die CAR-T-Zellen es nicht erkennen, es aber dennoch normal im Blut als Teil des Immunsystems funktionieren kann.

„Bis zu diesem Zeitpunkt verfügten wir nicht über die Werkzeuge, um einen zielgerichteten Zelltherapieansatz zu entwickeln, der bei allen verschiedenen Formen von Blut- und Knochenmarkkrebs wirken könnte“, erläuterte der korrespondierende Seniorautor PD Dr. Saar Gill, außerordentlicher Professor für Hämatologie-Onkologie. „Wir freuen uns, eine neue Lösung zu entwickeln, die ein großes Problem der Immuntherapie lösen könnte, nämlich die Unfähigkeit, Oberflächenmarker anzugreifen, die sowohl auf Krebs- als auch auf gesunden Zellen zu finden sind.“

Jede der derzeit verfügbaren zellbasierten Immuntherapien gegen Blutkrebs ist darauf ausgelegt, auf der Grundlage ihrer Zielantigene gegen ein enges Spektrum bösartiger Erkrankungen zu wirken. Beispielsweise zielt die erste CAR-T-Zelltherapie, die an der Perelman School of Medicine von Dr. Carl June, dem Richard W. Vague-Professor für Immuntherapie, entwickelt wurde, auf den CD19-Proteinmarker auf B-Zellen ab, um B-Zell-Lymphome und Leukämien zu behandeln. Vier der sechs derzeit zur Behandlung von Blutkrebs zugelassenen CAR-T-Zelltherapien zielen auf CD19 ab. Die anderen beiden nehmen den Proteinmarker BCMA zur Behandlung des Multiplen Myeloms ins Visier. Während die CAR-T-Zelltherapie bemerkenswert erfolgreich ist, arbeiten Forscher in Pennsylvania und auf der ganzen Welt daran, sie für mehr Patienten noch wirksamer zu machen.

„Ein Nachteil des aktuellen Ansatzes zur CAR-T-Zelltherapie besteht darin, dass jede Therapie individuell auf der Grundlage der Angriffsziele für diesen Krebstyp entwickelt werden muss“, sagte June, Co-Senior-Autor der Studie, der auch das Center for Cellular Immunotherapies an der Perelman School of Medicine leitet. „Diese Studie legt den Grundstein für einen universelleren Ansatz, der die CAR-T-Zelltherapie möglicherweise auf alle Blutkrebsarten ausweiten könnte.“

Da CD45 auf fast allen Blutzellen vorkommt – und in der Regel auf Blutkrebszellen stark exprimiert wird – würde eine Behandlung, die alle CD45-tragenden Zellen auslöscht, dazu führen, dass Patienten keine Blutzellen verbleiben, inkl. roter Blutkörperchen, Blutplättchen, Plasma und sogar Stammzellen im Knochenmark, die neue Blutzellen erzeugen. Da außerdem T-Zellen Blutzellen sind und normalerweise CD45 exprimieren, würden sich CAR-T-Zellen, die auf CD45 abzielen, effektiv gegenseitig abtöten, bevor sie Patienten infundiert werden könnten.

Um diese Herausforderung zu meistern, baute das Team auf früheren Arbeiten auf und entwickelte mithilfe der CRISPR-Basen-Editierung eine neue Strategie namens Epitop-Editierung. Dabei werden sowohl die CAR-T-Zellen als auch die Blutstammzellen genetisch verändert, um einen kleinen Teil der CD45-Struktur bzw. des Epitops zu verändern, an dem die CAR-T-Zellen an das CD45-Molekül binden. Die veränderte Version von CD45 funktioniert immer noch, unterscheidet sich jedoch so stark vom normalen CD45, dass die Anti-CD45-CAR-T-Zellen es nicht erkennen und angreifen.

„Es handelt sich im Wesentlichen um eine Blutstammzelltransplantation gepaart mit einer CAR-T-Zelltherapie“, erläuterte Erstautor Nils Wellhausen, Doktorand der Pharmakologie und Mitglied der Labore von Gill und June. „Die Idee ist, dass wenn die genetisch veränderten Zellen infundiert werden, die CAR-T-Zellen die Krebszellen abtöten, die normales CD45 tragen, sich aber nicht gegenseitig oder die frisch manipulierten Blutstammzellen töten. Dadurch können die manipulierten Blutstammzellen mit der Bildung neuer Blutzellen beginnen.“

Da die Strategie dazu führt, dass die Stammzellen ersetzt werden, die neue Blutzellen bilden, könnte sie auch als mildere Form der Chemotherapie-Konditionierung eingesetzt werden, die Patienten vor einer Knochenmarktransplantation verabreicht wird, um das Immunsystem zu unterdrücken.

Die Forscher testeten die Strategie in umfangreichen Experimenten in Zellkulturen und Mausmodellen. Sie zeigten, dass der neue Ansatz nicht nur verhindert, dass Anti-CD45-CAR-T-Zellen sich gegenseitig oder Stammzellen angreifen, sondern auch eine schnelle Zerstörung von Blutzellkrebs ermöglicht. In einem Test eliminierten die Anti-CD45-CAR-T-Zellen Leukämiezellen innerhalb von drei Wochen nach der Infusion und waren mehr als zwei Monate später immer noch präsent und in der Lage, Leukämiezellen abzutöten.

Derzeit laufen weitere toxikologische Studien und zusätzliche Modellierungsstudien zur Vorbereitung einer neuen Prüfpräparat-Anwendung, bevor diese in die klinischen Studien der Phase I übergehen kann.

Die Finanzierung der Studie erfolgte durch die National Institutes of Health und das Parker Institute for Cancer Immunotherapy.