Setki milionów limfocytów T, które patrolują nasze krwiobiegi i węzły chłonne, są ekspertami w rozpoznawaniu chorych komórek ciała i zabijaniu ich. I chociaż pomysł ten był odrzucany przez większość naukowców przez ostatnie 100 lat, garstka tych limfocytów T jest predysponowana do rozpoznawania i zabijania raka, również.

Dlaczego więc nasz układ odpornościowy nie wykonuje tej pracy? Zawsze wiesz, kiedy masz przeziębienie lub grypę, ale rak pojawia się bez najmniejszego śladu. Dlaczego zwykle potrzeba testu, aby wiedzieć, że mamy tę śmiertelną chorobę?

Odpowiedź na to pytanie przyszła w serii przełomowych odkryć, jak rak używa sztuczek, aby wyłączyć, ukryć się przed i przytłoczyć naszą odpowiedź immunologiczną. Rak wyłącza limfocyty T, zanim będą one miały szansę wezwać posiłki, rozmnożyć się w przytłaczającą armię klonów i wykonać swoją pracę. Ale co by się stało, gdyby istniał sposób, by zamiast tego obezwładnić raka, zasypując go ogromną liczbą komórek odpornościowych zdolnych go rozpoznać i zabić?

Grupę badaczy rozważających tę możliwość nazwano immunoterapeutami nowotworów i zanim Emily Whitehead pojawiła się w szpitalu, spędzili oni już dekady nad tym problemem.

Ale zanim mogli mieć nadzieję na stworzenie takiej armii klonów, musieli przeczesać setki milionów komórek układu odpornościowego pacjenta i zidentyfikować jedną lub dwie limfocyty T, które były doskonale dostrojone do rozpoznawania osobistego raka tego pacjenta.

Nic dziwnego, że trudno było znaleźć Pana Idealnego. XX wieku nawet immunoterapeuci zajmujący się leczeniem nowotworów nie byli do końca pewni, czy Pan Idealny w ogóle istnieje.

Identyfikacja, ekstrakcja, zapłodnienie, hodowla, klonowanie, a następnie aktywacja idealnych limfocytów T przeciwko rakowi – to była w dużej mierze praca metodą prób i błędów, wykonywana przy niewielkich funduszach i niewielkim zrozumieniu przytłaczającej biologicznej złożoności raka czy układu odpornościowego. Nauka była niemożliwie nowa; limfocyty T zostały odkryte dopiero w późnych latach sześćdziesiątych XX wieku.

Immunoterapeuci nowotworowi miotali się przez dziesięciolecia, wystawiając się na pośmiewisko społeczności badawczej, nie mogąc udowodnić swojej teorii, że układowi odpornościowemu można pomóc rozpoznawać i zabijać komórki rakowe, i w dużej mierze nie mogąc pomóc prawdziwym pacjentom chorym na raka.

W międzyczasie inna grupa immunoterapeutów nowotworowych zaczęła rozważać inne podejście: Zamiast mieć nadzieję, że uda im się w jakiś sposób zlokalizować w ciele pacjenta idealne komórki T zabijające raka, stworzyliby własnego Pana Idealnego, konstruując w laboratorium komórkę T Frankensteina zszytą z różnych części. Komórka Weird Science T zostałaby zaprojektowana specjalnie do poszukiwania i niszczenia specyficznego raka pacjenta.

Inżynieria jest złożona, ale koncepcja jest prosta. Indywidualna komórka T rozpoznaje tylko odrębne białko chorej komórki (zwane antygenem), które urodziły się, aby „zobaczyć”, jak określono w procesie losowego przydziału. Koniec biznesowy tego „widzenia” jest nazywany receptorem komórki T, lub TCR.

Zmień TCR, i możesz być w stanie zmienić to, co ta komórka T celuje. Zmień go na właściwy, a możesz nawet być w stanie nakierować go na konkretną chorobę. Dokładnie to przytrafiło się charyzmatycznemu izraelskiemu badaczowi o nazwisku Zelig Eshhar.

W początkach lat 80-tych ten doktor pszczelarstwa zaczął myśleć o biznesowym końcu TCR – części, która wysuwa się z powierzchni komórki T jak chwytliwa antena białkowa i „widzi” specyficzne cele antygenowe.

Dla Eshhara wyglądało to podobnie jak chwytliwe szpony białkowe przeciwciała. Wyglądało na to, że to też działa w ten sam sposób. Te struktury immunologiczne w kształcie litery Y występują w wielu odmianach (setkach milionów), a każda z nich przywiera do innego, specyficznego dla danej choroby białka. Każda z nich była kluczem szukającym swojego zamka.

Eshhar mógł sobie wyobrazić, że wyskakuje koniec TCR i wskakuje na nowe przeciwciało, jak przystawka próżniowa; zmień przeciwciało, a możesz zmienić to, w co celują komórki T. W teorii można by mieć niemal nieskończoną liczbę nowych przystawek, z których każda rozpoznawałaby i wiązała się z innym antygenem, a tym samym celowała w inną chorobę. Taka technologia stworzyłaby zupełnie nową klasę leków.

Urzeczywistnienie teorii Eshhara wymagało wymyślnej bioinżynierii, ale jakoś w 1985 roku udało mu się wyprodukować prosty dowód słuszności koncepcji.

Nazwał swój prymitywny CAR ciałem T. Była to komórka T przystosowana do rozpoznawania stosunkowo oczywistego antygenu, który wybrał – białka noszonego przez grzyba Trichophyton mentagrophytes, lepiej znanego jako stopa atlety. Ten skromny eksperyment krył w sobie olśniewające możliwości.

I przykuł uwagę tych, którzy spędzili życie, pracując w okopach immunoterapii nowotworów, w tym pioniera immunoterapii Steve’a Rosenberga. Rosenberg po raz pierwszy nabrał przekonania o potencjale układu odpornościowego do zabijania raka w latach 60. ubiegłego wieku, po zbadaniu byłego pacjenta w IV stadium raka, którego układ odpornościowy spontanicznie wyleczył z choroby. Rosenberg zastanawiał się, czy naładowane komórki odpornościowe tego człowieka mogłyby pomóc także innym pacjentom z rakiem.

W eksperymentach nie do pomyślenia w dzisiejszych czasach Rosenberg próbował właśnie tego, przetaczając krew wyleczonego mężczyzny do żył chorego na raka terminalnego w sąsiednim łóżku. Nie zadziałało, ale obietnica terapii transferu komórkowego utkwiła mu w pamięci.

Przez następne pięć dekad laboratorium Rosenbergów w National Institutes of Health (oraz laboratorium Philipa Greenberga w Fred Hutchinson Cancer Research Center w Seattle) służyło jako swego rodzaju ul i przystań dla talentów immunoterapii.

W 1989 roku Eshhar został przekonany, by spędzić tam sabat, dołączając do innego błyskotliwego młodego badacza z NIH, Patricka Hwu, by stworzyć unowocześnione podejście do tego, co w końcu stanie się znane jako „adoptywna terapia komórkowa”.”

Badanie guzów pacjentów pod mikroskopem ujawniło, że nawet gdy większy atak immunologiczny zawiódł, kilka limfocytów T wciąż z powodzeniem rozpoznawało antygeny guza i wdzierało się do środka. Ci solidni infiltratorzy byliby ich doskonałymi komórkami T i, miejmy nadzieję, nasionami dla ich klonowanej armii ukierunkowanych zabójców raka.

Hwu skupił się na próbie uzbrojenia tej podgrupy udanych „limfocytów naciekających guz” lub TILs, pakując je z dodatkowym ładunkiem potężnych hormonów zabijających guzy. „Zelig pokazał, że przeciwciało i limfocyt T mogą być połączone w celu namierzenia czegoś” – mówi Hwu, który jest szefem wydziału medycyny nowotworowej w Anderson Cancer Center w Houston w Teksasie. „Teraz pytanie brzmiało, czy moglibyśmy namierzyć komórki nowotworowe?”

Aby mogły działać jak małe pociski kierowane, potrzebowały systemu naprowadzania, takiego, który badacze mogliby wybrać i dostosować do różnych typów nowotworów. Zaczynając od partii limfocytów T, które okazały się być Panem Doskonałym TILs aktywnym przeciwko czerniakowi, Hwu i Eshhar zmodyfikowali je za pomocą nowych TCRs, aby zamiast tego celowały w raka jajnika, okrężnicy i piersi. „Zelig stworzył receptor, a ja umieściłem go w limfocytach T” – wspomina Hwu. „Naprawdę trudno było to zrobić w latach 90.”

Bez korzyści płynących z wektorów retrowirusowych lub Crispr, zadanie wymagało wbicia małej igły w komórkę T i mikro wstrzyknięcia nowych genów TCR po jednej komórce na raz. „Spędziliśmy razem dużo czasu”, mówi Hwe ze śmiechem. „Spędziliśmy razem dużo czasu” – śmieje się Hwe – „Spędziliśmy w laboratorium wiele całonocnych nocy.”

Żaden z wyników nie był doskonały, ale TIL, które zostały skierowane na raka jajnika, działały najlepiej z całej trójki, a zespół był w stanie opublikować wyniki, zwiastując nową nazwę CAR-T i kuszące implikacje tej technologii.

Nie wyleczyli żadnego raka, ale posunęli naprzód naukę. Udało im się zastąpić kierownicę komórek T, które wiedziały, jak znaleźć konkretnego raka. „Kiedy po raz pierwszy udało mi się to osiągnąć, byłem wniebowzięty” – wspomina Hwu. Ale do stworzenia maszyny zabijającej raka potrzeba było czegoś więcej niż tylko retargetowania.

Aby być skutecznymi, te nowe komórki musiały się rozwijać i replikować, tak jak robią to normalne limfocyty T. Ich samochody pierwszej generacji tego nie robiły. Wyglądało to tak, jakby jakaś istotna esencja została utracona podczas modernizacji, w wyniku czego cytrynowe CAR-y nie działały wystarczająco długo, aby się replikować lub zabijać. Ich Frankenstein podnosił się ze stołu, tylko po to, aby się przewrócić.

To byłoby do badacza Michela Sadelaina, aby zapewnić sprytne obejście tego i kilku innych problemów inżynieryjnych, tworząc naprawdę „żywy lek”, jak nazwał go Sadelain, drugą generację CAR, która mogłaby rozpoznać cel, rozszerzyć się klonalnie i zachować inne funkcje komórek T, z okresem życia tak długim, jak ten pacjenta.

Pracując w swoim laboratorium, Sadelain (lakoniczny intelektualista naukowy, który jest między innymi dyrektorem-założycielem Memorial Sloan Kettering Cancer Center of Cell Engineering) również dał swojemu nowemu CAR nowy ważny cel – białko o nazwie CD19, które znajduje się wyjątkowo na powierzchni niektórych komórek raka krwi.

CD-19 wydawał się dobrym wyborem CAR. Znaleziono go w dużych ilościach na powierzchni niektórych nowotworów. Był również wyrażany przez niektóre normalne komórki B, ale to było do zaakceptowania. Jeśli CAR atakował zdrowe komórki, jak również nowotwór, można było przetrwać uszkodzenia uboczne.

W zdrowym człowieku komórki B są istotnymi aspektami normalnego układu odpornościowego. Ale u pacjentów takich jak Emily, te komórki B uległy mutacji i stały się rakowe. Aby przeżyć, musiałaby je stracić.

Na szczęście lekarze już dawno nauczyli się utrzymywać pacjentów przy życiu bez komórek B. „Jeśli stoisz w obliczu terminalnego raka,” mówi Sadelain, „utrata komórek B nie jest taka zła.”

Sadelain miał teraz elegancki, stylowy i samoreplikujący się CAR drugiej generacji z dużą ilością paliwa i realistycznym celem nowotworowym. Jego grupa podzieliła się sekwencją swojego nowego CAR z grupą Rosenberga z National Cancer Institute, a także z laboratorium naukowca i lekarza z University of Pennsylvania, Carla June. (June z kolei również oparł aspekty swojego projektu CAR na próbce pożyczonej od Dario Campagna z St. Jude’s Children’s Research Hospital.)

Te trzy grupy – wszystkie naciskające na próby na ludziach tej złożonej i potężnej nowej terapii nowotworowej – były teraz konkurentami. Jednocześnie pracowały razem, zapożyczając i udoskonalając swoje pomysły.

Grupa Sadelaina jako pierwsza rozpoczęła badania kliniczne nad komórkami T CAR-19, Rosenberg jako pierwszy opublikował wyniki; ich udane badania CAR-T zmniejszyły guzy u pacjenta z chłoniakiem. Ale to próba Carla June’a z Emily Whitehead miała być w centrum uwagi i określić, czy CAR-T ma przyszłość.

June doskonale zdawał sobie sprawę z tego, o jaką stawkę toczy się gra. Jeśli jego CAR będzie zbyt agresywny dla pacjenta pediatrycznego, jeśli jego potężny Franken-drug okaże się zabójcą zbyt potężnym, by go kontrolować, Emily umrze. A wszelkie nadzieje na uratowanie setek innych dzieci dzięki tej technologii prawdopodobnie umarłyby razem z nią.

Chociaż June został wyszkolony jako onkolog specjalizujący się w białaczce, jego praca nad kryzysem AIDS przekonała go o zabijającym raka potencjale układu odpornościowego. Kilku immunologów zajmujących się nowotworami zdobyło swoją wiarę w ten sposób. Obserwowanie występowania wcześniej rzadkich nowotworów u pacjentów z obniżoną odpornością wydawało się dowodem na istnienie związku między układem odpornościowym a rakiem, nawet jeśli naukowcy byli zgodni co do tego, że taki związek nie istnieje.

Ale jeśli ta mała dziewczynka umrze w wyniku eksperymentu, jeśli jego potężny Franken-drug zaatakuje jej ciało zamiast raka, był równie pewien, że wynik będzie przerażający i tragiczny. I że jakakolwiek możliwość CAR-T kiedykolwiek wyleczenia raka u setek innych dzieci umierających na ALL prawdopodobnie umarłaby razem z nią.

.