En ny metod tvingar cancerceller att likna virusinfektioner
Ett kinesiskt forskarlag har presenterat en teknik som får cancerceller att efterlikna en virusinfektion. Detta möjliggör för immunförsvaret att känna igen och attackera dem med hjälp av minnes-T-lymfocyter.
Immunterapi hör till de mest lovande tillvägagångssätten inom cancerbehandling under senare år. Man använder exempelvis antikroppar som blockerar proteinerna PD-1 eller PD-L1, vilka normalt bromsar immunsvaret. Hos många patienter förlänger denna behandling överlevnaden märkbart — och leder i vissa fall till remission. Tyvärr reagerar en betydande andel av patienterna nästan inte alls på den.
Varför immunförsvaret inte alltid upptäcker cancer
En av de viktigaste orsakerna är att vissa tumörer har mycket få mutationer och därför producerar endast ett minimum av atypiska proteiner — så kallade neoantigener. Det är just dessa som fungerar som ”flaggor” som immunförsvaret använder för att identifiera fientliga celler. När sådana signaler saknas får T-lymfocyterna inget tydligt besked om att förstöra den aktuella cellen.
Det andra problemet är en hög nivå av proteinet PD-L1 på ytan av tumörceller. Detta protein fungerar som en säkerhetsbroms och kan effektivt sätta även slumpmässigt aktiverade T-lymfocyter ur spel.
Lösningen från Shenzhen Bay Laboratory och Peking-universitetet
Forskare från Shenzhen Bay Laboratory och Peking-universitetet har utvecklat en strategi som kringgår båda dessa barriärer samtidigt. Deras tillvägagångssätt består i att avlägsna PD-L1-bromsen och samtidigt förse tumörcellerna med en tydlig viral varningssignal. Istället för att invänta att tumören själv bildar lämpliga antigener valde de att tillföra dem utifrån — och utnyttja något de flesta av oss redan bär på: immunologiskt minne från vanliga virusinfektioner.
Hur immunsystemets minne från tidigare virusinfektioner fungerar
Alla som har haft vattkoppor, influensa eller en infektion med cytomegalovirus (CMV) har specialiserade minnes-T-lymfocyter i kroppen. Dessa celler kan i åratal — ibland hela livet — patrullera i organismen och leta efter spår av kända patogener. Det kinesiska teamet föreslog att utnyttja denna redan beredda ”reservarmé”.
Istället för att försöka lära immunförsvaret något nytt från grunden ville forskarna omprogrammera tumörcellerna så att de liknar celler infekterade med ett välkänt virus. I detta projekt valde de ett fragment av ett protein från CMV — ett av världens mest spridda virus. Cytomegalovirus har smittat en enorm del av befolkningen, ofta utan att de ens var medvetna om det.
För att realisera idén utvecklade de en syntetisk molekyl kallad iVAC (intratumoral vaccination chimera). Den kan beskrivas som en smart konstruerad ”påbyggnad” till tumörcellen som utför två olika funktioner på en gång: avlägsnande av PD-L1-bromsen och införande av en viral signal.
iVAC-molekylens dubbla attack mot cancercellen
iVAC-molekylen binder sig till proteinet PD-L1 på ytan av tumörceller och sätter igång dess snabba nedbrytning. Därmed försvinner de kamuflerande signalerna som hittills har förlamat T-lymfocyterna. Samtidigt levererar molekylen ett fragment av cytomegalovirus-antigenet in i tumörcellen. Efter bearbetning inuti cellen presenteras detta fragment på cellens yta via MHC I-komplexet — precis som vid en äkta infektion.
Resultatet blir att minnes-T-lymfocyter som känner igen CMV uppfattar tumörcellen som en virusinfekterad cell och inleder en attack. Viktigt är att iVAC verkar lokalt — det injiceras direkt i tumören, och fördelningsstudier i organismen visade att molekylen stannar kvar på platsen i minst tre dagar.
- Avlägsnande av proteinet PD-L1 från ytan av cancerceller
- Tillförsel av ett cytomegalovirus-antigenfragment till tumörvävnaden
- Presentation av virusproteinet via MHC I-komplexet på cellytan
- Aktivering av CMV-specifika minnes-T-lymfocyter
- Lokal verkan direkt i tumören i minst tre dagar
- Aktivering av interferon gamma- och STING-signalvägar
- Förstärkning av det medfödda antivirala svaret i tumörområdet
Tumörceller behandlade med iVAC börjar bete sig som provisoriska ”antigenpresenterande celler” — något som normalt är förbehållet specialiserade element i immunförsvaret. Analyser på protein- och gennivå visade att det i tumörcellerna aktiveras signalvägar kopplade till interferon gamma och STING-komplexet, som är viktiga komponenter i det medfödda antivirala svaret. Det förstärker ytterligare signalen om att ”något farligt är på gång här”.
Försök på möss och tumörvävnad från cancerpatienter
Den nya metoden stannade inte vid konceptstadiet. Forskarna testade iVAC i flera prekliniska modeller. En av dem var möss genetiskt modifierade för att få deras tumörer att producera det mänskliga proteinet PD-L1, vilket fick försöksbetingelserna att bättre motsvara situationen i människokroppen.
I försöket injicerades iVAC direkt i tumören i fyra doser med tre dagars mellanrum. Hos gnagarna observerade man en markant minskning av tumörernas massa samt en kraftig infiltration av CD8+ T-lymfocyter i tumörvävnaden. Dessa cytotoxiska celler ansvarar för den fysiska destruktionen av målceller.
Andra fasen bestod av studier på så kallade tumörcellkluster som härstammade direkt från patienters tumörer. Dessa tredimensionella ministrukturer återspeglar en äkta tumörs beteende bättre än enskilda celler i kultur. De starkaste effekterna registrerades i prover där mer än 20 procent av tumörcellerna hade proteinet PD-L1 på ytan.
Detta antyder att nivån av detta protein i framtiden potentiellt kan användas som kriterium för urval av patienter till en eventuell behandling med iVAC. Forskarna mätte också frisättningen av interferon gamma och TNF-alfa från lymfocyter efter kontakt med iVAC. Ökningen av dessa molekyler signalerade att cytomegalovirus-specifika minnesceller faktiskt aktiveras kraftigt och går till attack mot tumören.
Omprogrammering av tumören öppnar vägen för personaliserad behandling
En intressant bieffekt, gynnsam ur ett terapeutiskt perspektiv, är förändringen i tumörcellernas funktion. Efter exponering för iVAC-molekylen var cellerna inte bara kapabla att locka till sig färdiga minneslymfocyter — de kunde också aktivera så kallade naiva lymfocyter som ännu inte hade haft kontakt med detta antigen.
I försök där tumörceller behandlade med iVAC, dendritiska celler och färska CD8+ T-lymfocyter odlades tillsammans började de sistnämnda dela sig intensivt och erhålla mördarförmåga. Det betyder att tumören upphörde att vara ett passivt mål och tillfälligt övertog rollen som ”lärare” för immunförsvaret.
Den tillfälliga omvandlingen av cancerceller till något som liknar antigenpresenterande celler kan utlösa en helt ny våg av immunsvar riktat mot olika komponenter i tumören. Lika viktigt är att långtidsobservationer av möss inte visade klassiska tecken på autoimmun aggression. Undersökning av organ efter avslutad behandling påvisade inga skador typiska för okontrollerad immunaktivering.
iVAC-projektet har till sin natur en modulär karaktär. Istället för ett cytomegalovirus-fragment kan man teoretiskt sätta ett annat antigen — till exempel ett kopplat till Epstein-Barr-virus eller influensa. Valet skulle bero på vilka virus patienten faktiskt har haft och vilka minneslymfocyter som dominerar hos vederbörande. Det skiftar personaliseringens tyngdpunkt: inte bara tumörens genetik utan också den individuella ”immunologiska historien” blir en del av behandlingsplanen.
Vad denna strategi kan betyda för framtida patienter
Metoden som presenterades i tidskriften Nature befinner sig ännu i den prekliniska forskningsfasen. Innan den når fram till människor måste den genomgå en hel rad säkerhets- och effektivitetstester. Ett intressant scenario tecknar sig dock: I framtiden skulle en onkolog kanske inte enbart ordinera en undersökning av tumörens mutationer utan också en detaljerad profil av patientens immunologiska minne.
På den grunden skulle man välja den virala ”mallen” som är lättast att utnyttja. En person med starkt minne efter influensa skulle få en annan variant av iVAC än någon som har haft en aktiv infektion med Epstein-Barr-virus eller cytomegalovirus. Denna taktik skulle kunna visa sig särskilt värdefull för patienter hos vilka befintlig immunterapi sviktar just på grund av brist på goda tumörantigener.
För patienter med tumörer som i hög grad uttrycker PD-L1 skulle ett tillvägagångssätt som kombinerar nedbrytning av detta protein med införande av ett viralt antigen kunna utgöra ett nästa steg efter klassiska checkpoint-hämmare — eller ett alternativ när dessa inte fungerar. Det avgörande blir att fastställa hur länge effekten av tumörens ”omprogrammering” håller i sig och om organismen med tiden hittar en annan väg runt den. Immunterapi som utnyttjar minnet från tidigare infektioner visar tydligt vilket kraftfullt verktyg precis styrning av immunförsvaret är.
