Stovky milionů T-buněk, které hlídají naše krevní řečiště a lymfatické uzliny, jsou experty na rozpoznávání nemocných tělesných buněk a jejich zabíjení. A ačkoli tuto myšlenku většina vědců posledních 100 let zavrhovala, hrstka těchto T-buněk je předurčena k tomu, aby rozpoznávala a zabíjela i rakovinu.

Proč tedy tuto práci nedělá náš imunitní systém? Vždycky poznáte, když jste nachlazení nebo máte chřipku, ale rakovina se dostaví bez jediného začenichání. Proč je obvykle potřeba test, abychom poznali, že máme tuto smrtelnou nemoc?“

Odpověď na tuto otázku přinesla série průlomových objevů o tom, jak rakovina používá triky, jak vypnout, skrýt se a přemoci naši imunitní reakci. Rakovina vypíná T-buňky dříve, než dostanou šanci přivolat posily, rozmnožit se v ohromnou armádu klonů a vykonat svou práci. Ale co kdyby místo toho existoval způsob, jak rakovinu přemoci a zahltit ji obrovským množstvím imunitních buněk schopných ji rozpoznat a zabít?

Skupina vědců, která o této možnosti uvažovala, se nazývala imunoterapeuti rakoviny a v době, kdy se Emily Whiteheadová objevila v nemocnici, už měla za sebou desítky let práce na tomto problému.

Ale než mohli doufat, že se jim podaří vytvořit onu armádu klonů, museli pročesat stovky milionů buněk v imunitním systému pacienta a identifikovat jednu nebo dvě T-buňky, které byly náhodou dokonale vyladěné na rozpoznání osobní rakoviny daného pacienta.

Není divu, že pana dokonalého bylo těžké najít. Ve skutečnosti si až do 80. let 20. století ani imunoterapeuti zabývající se léčbou rakoviny nebyli zcela jisti, že pan Dokonalý existuje.

Identifikace, extrakce, oplodnění, pěstování, klonování a následná aktivace dokonalé T-buňky proti rakovině – to byla z velké části práce metodou pokusů a omylů, prováděná s malým množstvím finančních prostředků a malým pochopením ohromující biologické složitosti rakoviny nebo imunitního systému. Celá věda byla neuvěřitelně nová; T-buňky byly objeveny teprve koncem 60. let 20. století.

Nádoroví imunoterapeuti se po desetiletí potáceli, byli terčem posměchu vědecké komunity, nebyli schopni prokázat svou teorii, že imunitnímu systému lze pomoci rozpoznat a zabít rakovinné buňky, a do značné míry nedokázali pomoci skutečným pacientům s rakovinou.

Mezitím začala jiná skupina nádorových imunoterapeutů uvažovat o jiném přístupu: Místo toho, aby doufali, že v těle pacienta nějakým způsobem najdou dokonalé T-buňky, které zabíjejí rakovinu, chtěli by si vytvořit vlastního pana dokonalého a zkonstruovat frankensteinovskou T-buňku sešitou z různých částí v laboratoři. Podivná vědecká T-buňka by byla navržena speciálně tak, aby vyhledávala a ničila konkrétní rakovinu pacienta.

Inženýrství je složité, ale koncept je jednoduchý. Jednotlivá T-buňka rozpoznává pouze odlišný protein nemocné buňky (nazývaný antigen), pro který se narodila, aby ho „viděla“, což je určeno procesem náhodného přiřazení. Obchodní konec tohoto „vidění“ se nazývá T buněčný receptor neboli TCR.

Změňte TCR a možná budete schopni změnit to, na co se tato T buňka zaměřuje. Když ho změníte na správný, můžete ho dokonce přimět, aby se zaměřil na určitou nemoc. Přesně to napadlo charismatického izraelského výzkumníka jménem Zelig Eshhar.

Na začátku 80. let začal tento doktor včelařství přemýšlet o obchodním konci TCR – části, která vystupuje přes povrch T-buňky jako chápavá proteinová anténa a „vidí“ specifické antigenní cíle.

Eshharovi to připadalo hodně podobné chápavým proteinovým drápům protilátek. Zdálo se, že to také funguje stejným způsobem. Těchto imunitních struktur ve tvaru písmene Y je spousta (stovky milionů) a každá se lepí na jiný protein specifický pro danou nemoc. Každá z nich byla klíčem, který hledal svůj zámek.

Eshhar si dokázal představit, že odklopí konec TCR a nasadí novou protilátku jako vakuový nástavec; změňte protilátku a můžete změnit to, na co se T-lymfocyt zaměří. Teoreticky byste mohli mít téměř nekonečné množství nových nástavců, z nichž každý by byl specifický pro rozpoznávání a vazbu s jiným antigenem, a tak by se zaměřoval na jinou nemoc. Taková technologie by vytvořila celou novou třídu léků.

Převedení Esharovy teorie do reality vyžadovalo trochu fantastického bioinženýrství, ale nějakým způsobem se mu v roce 1985 podařilo vytvořit jednoduchý důkaz konceptu.

Svou primitivní CAR nazval T-tělo. Byla to T-buňka upravená tak, aby rozpoznala poměrně zřejmý antigenní cíl, který si vybral – prozrazující protein, který nosí houba Trichophyton mentagrophytes, známější jako atletická noha. Tento skromný experiment skrýval ohromující možnosti.

A upoutal pozornost těch, kteří strávili svůj život prací v zákopech imunoterapie rakoviny, včetně průkopnického imunoterapeuta Steva Rosenberga. Rosenberg se poprvé přesvědčil o potenciálu imunitního systému ničit rakovinu v 60. letech 20. století poté, co vyšetřil bývalého pacienta ve čtvrtém stadiu rakoviny, jehož imunitní systém spontánně vyléčil jeho vlastní nemoc. Rosenberga zajímalo, zda by imunitní buňky tohoto muže mohly pomoci i jiným pacientům s rakovinou.

V dnes nemyslitelných pokusech se Rosenberg pokusil právě o to a transfuzí krve vyléčeného muže do žil pacienta s rakovinou v terminálním stádiu na vedlejším lůžku. Nefungovalo to, ale příslib terapie přenosem buněk mu utkvěl v paměti.

Po dalších pět desetiletí bude Rosenbergova laboratoř National Institutes of Health (a laboratoř Philipa Greenberga ve Fred Hutchinson Cancer Research Center v Seattlu) sloužit jako jakýsi úl a útočiště pro talenty v oblasti imunoterapie.

V roce 1989 se Eshhar nechal přesvědčit, aby tam strávil studijní volno, a společně s dalším brilantním mladým výzkumníkem z NIH jménem Patrick Hwu vytvořili aktualizované pojetí toho, co se nakonec stalo známým jako „adoptivní buněčná terapie“.

Zkoumání nádorů pacientů pod mikroskopem odhalilo, že i když větší imunitní útok selhal, několika T-lymfocytům se přesto podařilo úspěšně rozpoznat nádorové antigeny a proniknout nosem dovnitř. Tyto robustní infiltrátory by byly jejich panem dokonalým T-lymfocytem a, doufejme, zárodkem pro jejich klonovou armádu cílených zabijáků rakoviny.

Hwu se zaměřil na to, aby se pokusil tuto podskupinu úspěšných „tumor infiltrujících lymfocytů“ neboli TIL vyzbrojit tím, že na ně nabalí další dávku silných hormonů zabíjejících nádory. „Zelig ukázal, že protilátka a T-lymfocyty mohou být kombinovány tak, aby něco cílily,“ říká Hwu, který působí jako vedoucí oddělení onkologické medicíny v Andersonově onkologickém centru v texaském Houstonu. „Teď šlo o to, zda bychom to mohli zacílit na rakovinné buňky.“

Aby mohly fungovat jako malé řízené střely, potřebovaly naváděcí systém, který by si vědci mohli vybrat a přizpůsobit tak, aby se zaměřily na různé typy rakoviny. Začali s dávkou T-lymfocytů, u kterých zjistili, že jsou panem dokonalým TIL aktivním proti melanomu, a Hwu a Eshhar je frankensteinovali novými TCR, aby se místo toho zaměřily na rakovinu vaječníků, tlustého střeva a prsu. „Zelig vytvořil receptor, já ho vložil do T buněk,“ vzpomíná Hwu. „V devadesátých letech to bylo opravdu těžké.“

Bez výhod retrovirových vektorů nebo Crispr úkol vyžadoval zapíchnutí malé jehly do T-buňky a mikroinjekci nových genů TCR do jedné buňky po druhé. „Strávili jsme spolu hodně času,“ říká se smíchem Hwe. „V laboratoři jsme strávili spoustu nocí.“

Žádný z výsledků nebyl dokonalý, ale TIL, které přesměrovali na rakovinu vaječníků, fungovaly ze všech tří nejlépe a tým mohl výsledek publikovat, což zvěstovalo nový název CAR-T a lákavé důsledky této technologie.

Nevyléčili žádnou rakovinu, ale posunuli vědu kupředu. Úspěšně nahradili kormidlo T-buněk a to umělo najít konkrétní rakovinu. „Když se mi to poprvé podařilo, byl jsem nadšený,“ vzpomíná Hwu. K sestrojení stroje na zabíjení rakoviny by však bylo zapotřebí víc než jen přesměrování.

Aby byly tyto nové buňky účinné, musely by také prospívat a replikovat se, jako to dělají normální T-buňky. To jejich první generace nedokázala. Jako by se během modernizace ztratila nějaká životně důležitá esence, což vedlo k tomu, že citronové CAR nefungovaly dostatečně dlouho na to, aby se replikovaly nebo zabíjely. Jejich Frankenstein se zvedal ze stolu, aby se vzápětí převrátil na kýlu.

Bylo by na výzkumníkovi Michelu Sadelainovi, aby tento a několik dalších technických problémů chytře obešel a vytvořil skutečně „živý lék“, jak jej Sadelain nazval, CAR druhé generace, který by dokázal rozpoznat cíl, klonálně expandovat a zachovat si další funkčnost T-buněk, přičemž jeho životnost by byla stejně dlouhá jako životnost pacienta.

Při práci ve své laboratoři dal Sadelain (lakonický vědecký intelektuál, který je mimo jiné zakládajícím ředitelem Centra buněčného inženýrství Memorial Sloan Kettering Cancer Center) svému novému CAR také nový důležitý cíl – protein zvaný CD19, který se nachází jedinečně na povrchu některých krevních nádorových buněk.

CD-19 se zdál být dobrou volbou pro CAR. Nacházel se v hojném množství na povrchu některých nádorových onemocnění. Byl také exprimován některými normálními B buňkami, ale to bylo přijatelné. Pokud CAR napadal kromě rakoviny i zdravé buňky, daly se vedlejší škody přežít.

U zdravého člověka jsou B-buňky základním aspektem normálního imunitního systému. U pacientů jako Emily však tyto B buňky zmutovaly a staly se rakovinnými. Aby přežila, musela by o ně přijít.

Naštěstí se lékaři už dávno naučili udržovat pacienty při životě bez B buněk. „Pokud čelíte rakovině v terminálním stádiu,“ říká Sadelain, „ztráta B buněk není tak hrozná.“

Sadelain měl nyní elegantní, stylový a samoreplikující se CAR druhé generace s dostatkem paliva a reálným cílem pro rakovinu. Jeho skupina se o sekvenci svého nového CAR podělila s Rosenbergovou skupinou v Národním onkologickém ústavu a také s laboratoří výzkumníka a lékaře Carla Junea z Pensylvánské univerzity. (June zase také založil aspekty svého návrhu CAR na vzorku vypůjčeném od Daria Campagny z Dětské výzkumné nemocnice svatého Judy.)

Tyto tři skupiny – všechny usilující o zkoušky této složité a účinné nové terapie rakoviny na lidech – byly nyní konkurenty. Zároveň však spolupracovaly, vzájemně si půjčovaly a vylepšovaly své nápady.

Sadelainova skupina jako první zahájila klinické zkoušky CAR-19 T-buněk, Rosenbergova jako první publikovala; jejich úspěšná studie CAR-T zmenšila nádory u pacienta s lymfomem. Ale byla to právě studie Carla Junea s Emily Whiteheadovou, která se měla dostat do centra pozornosti a rozhodnout, zda má CAR-T budoucnost.

June si byl dobře vědom, co je v sázce. Pokud by jeho CAR byl pro dětského pacienta příliš agresivní, pokud by se jeho silný franken-lék ukázal jako zabiják příliš silný na to, aby byl zvládnut, Emily by zemřela. A jakákoli naděje na záchranu stovek dalších dětí pomocí této technologie by pravděpodobně zemřela s ní.

Ačkoli je June vzděláním onkolog specializující se na leukemii, jeho práce na krizi AIDS ho přesvědčila o potenciálu imunitního systému zabíjet rakovinu. Několik imunologů zabývajících se rakovinou získalo svou víru právě tímto způsobem. Svědectví o výskytu dříve vzácných druhů rakoviny u pacientů s oslabenou imunitou se zdálo být důkazem souvislosti mezi imunitním systémem a rakovinou, i když vědecký konsenzus tvrdil, že žádná taková souvislost neexistuje.

Ale pokud by holčička na následky experimentu zemřela, pokud by jeho silný Franken-lék zaútočil na její tělo místo na rakovinu, byl si stejně tak jistý, že výsledek by byl děsivý a tragický. Světlo