Mengubah 'perisai' tumor menjadi senjata untuk melawan tumor itu sendiri

Menurut Peter Insio Wang, sel tumor itu "licik." Sel tumor memiliki cara-cara jahat untuk menghindari respons imun manusia yang melawan penyerang kanker ini. Sel tumor mengekspresikan molekul-molekul ligan-kematian terprogram 1 (PD-L1), yang bertindak sebagai perisai pelindung yang menekan sel-sel imun kita, sehingga menciptakan hambatan bagi imunoterapi kanker yang ditargetkan.

Wang, Ketua Alfred E. Mann di bidang Teknik Biomedis dan pemegang Ketua Dwight C. dan Hildagard E. Baum di bidang Teknik Biomedis, memimpin laboratorium yang didedikasikan untuk merintis penelitian dalam rekayasa imunoterapi yang memanfaatkan sistem imun manusia untuk menciptakan persenjataan masa depan dalam perang melawan kanker.

Para peneliti di laboratorium Wang telah mengembangkan pendekatan baru yang mengubah mekanisme pertahanan berbahaya sel tumor melawan dirinya sendiri, mengubah molekul "perisai" ini menjadi target bagi sel T reseptor antigen kimerik (CAR) rekayasa laboratorium Wang yang diprogram untuk menyerang kanker.

Penelitian yang dilakukan oleh rekan pascadoktoral laboratorium Wang, Lingshan Zhu, bersama dengan Wang, ilmuwan peneliti Longwei Liu dan rekan penulis mereka, diterbitkan dalam jurnal ACS Nano.

Terapi sel T CAR merupakan pengobatan kanker revolusioner di mana sel T, sejenis sel darah putih, dikeluarkan dari pasien dan diberikan reseptor antigen chimeric (CAR) yang unik. CAR mengikat antigen yang terkait dengan sel kanker, mengarahkan sel T untuk membunuh sel kanker.

Karya terkini dari lab Wang adalah rancangan monobodi untuk sel T CAR, yang disebut tim sebagai PDbody, yang mengikat protein PD-L1 pada sel kanker, yang memungkinkan CAR mengenali sel tumor dan memblokir pertahanannya.

"Bayangkan CAR sebagai mobil sungguhan. Anda memiliki mesin dan gas. Namun, Anda juga memiliki rem. Pada dasarnya, mesin dan gas mendorong CAR T untuk bergerak maju dan membunuh tumor. Namun, PD-L1 bertindak sebagai rem yang menghentikannya," kata Wang.

Dalam penelitian ini, Zhu, Liu, Wang dan tim merekayasa sel T untuk memblokir mekanisme "rem" penghambat ini dan menjadikan molekul PD-L1 sebagai target penghancuran.

"Molekul PDbody-CAR chimeric ini dapat membuat sel T CAR kita menyerang, mengenali, dan membunuh tumor. Pada saat yang sama, molekul ini akan memblokir dan mencegah sel tumor menghentikan serangan sel T CAR. Dengan cara ini, sel T CAR kita akan menjadi lebih kuat," kata Wang.

Terapi sel T CAR paling efektif melawan kanker "basah" seperti leukemia. Tantangan bagi para peneliti adalah mengembangkan sel T CAR tingkat lanjut yang dapat membedakan antara sel kanker dan sel sehat.

Laboratorium Wang tengah menjajaki cara untuk menargetkan teknologi ke tumor sehingga sel T CAR diaktifkan di lokasi tumor tanpa memengaruhi jaringan sehat.

Dalam penelitian ini, tim berfokus pada bentuk kanker payudara yang sangat invasif yang mengekspresikan protein PD-L1. Akan tetapi, PD-L1 juga diekspresikan oleh jenis sel lain. Jadi, para peneliti mengamati lingkungan mikro tumor yang unik – sel dan matriks yang mengelilingi tumor – untuk memastikan bahwa PDbody yang mereka rancang akan mengikat sel kanker secara lebih spesifik.

"Kami tahu bahwa pH dalam lingkungan mikro tumor relatif rendah - sedikit asam," kata Zhu. "Jadi kami ingin PDbody kami memiliki kemampuan pengikatan yang lebih baik dalam lingkungan mikro asam, yang akan membantu PDbody kami membedakan sel tumor dari sel-sel lain di sekitarnya."

Untuk meningkatkan ketepatan pengobatan, tim menggunakan sistem "gerbang" genetik yang disebut SynNotch, yang memastikan bahwa sel-sel T CAR dengan PDbody hanya menyerang sel-sel kanker yang mengekspresikan protein berbeda yang dikenal sebagai CD19, sehingga mengurangi risiko kerusakan pada sel-sel sehat.

"Sederhananya, sel T hanya akan diaktifkan di lokasi tumor berkat sistem gerbang SynNotch ini," kata Zhu. "Tidak hanya pH yang lebih asam, tetapi permukaan sel tumor akan menentukan apakah sel T akan diaktifkan, sehingga memberi kita dua tingkat kontrol."

Zhu mencatat bahwa tim tersebut menggunakan model tikus, dan hasilnya menunjukkan bahwa sistem penggerak SynNotch mengarahkan sel-sel T CAR dengan PDbody untuk aktif hanya di lokasi tumor, membunuh sel-sel tumor namun tetap aman untuk bagian lain dari hewan tersebut.

Proses yang terinspirasi evolusi untuk menciptakan PDbody

Tim tersebut menggunakan metode komputasional dan mengambil inspirasi dari proses evolusi untuk menciptakan PDbodies yang terspesialisasi. Evolusi terarah adalah proses yang digunakan dalam rekayasa biomedis untuk meniru proses seleksi alam dalam suasana laboratorium.

Para peneliti menciptakan platform evolusi terarah dengan perpustakaan raksasa iterasi protein yang mereka rancang untuk menemukan versi mana yang mungkin paling efektif.

“Kami perlu menciptakan sesuatu yang dapat mengenali PD-L1 pada permukaan tumor,” kata Wang.

"Dengan menggunakan evolusi terarah, kami memilih sejumlah besar mutasi monobodi yang berbeda untuk memilih mana yang akan mengikat PD-L1. Versi yang dipilih memiliki fitur-fitur yang tidak hanya dapat mengenali tumor PD-L1, tetapi juga memblokir mekanisme pengereman yang dimilikinya, dan kemudian mengarahkan sel T CAR ke permukaan tumor untuk menyerang dan membunuh sel-sel tumor."

"Bayangkan jika Anda ingin menemukan ikan yang sangat spesifik di lautan – itu akan sangat sulit," kata Liu. "Namun kini dengan platform evolusi terarah yang telah kami kembangkan, kami memiliki cara untuk menangkap protein-protein spesifik ini dengan fungsi yang tepat."

Tim peneliti kini tengah menjajaki cara mengoptimalkan protein untuk menciptakan sel-sel T CAR yang lebih tepat dan efektif sebelum beralih ke aplikasi klinis. Ini juga termasuk mengintegrasikan protein-protein tersebut dengan aplikasi ultrasound terfokus terobosan milik laboratorium Wang untuk mengendalikan sel-sel T CAR dari jarak jauh sehingga sel-sel tersebut hanya diaktifkan di lokasi tumor.

"Kami kini memiliki semua perangkat genetik untuk memanipulasi, mengendalikan, dan memprogram sel-sel imun ini agar memiliki begitu banyak kekuatan dan fungsi," kata Wang. "Kami berharap dapat menciptakan cara-cara baru untuk mengarahkan fungsi sel-sel tersebut untuk perawatan tumor padat yang sangat menantang."