Ein neues RNA-Editierungstool könnte die Krebsbehandlung verbessern

Laut einer neuen Studie können Zelltherapien gegen Krebs mithilfe einer CRISPR-RNA-Bearbeitungsplattform potenziell verbessert werden veröffentlicht 21. Februar in Zelle.

Die neue Plattform Multiplexed Effector Guide Arrays (MEGA) kann die RNA von Zellen modifizieren, was es Forschern der Stanford University ermöglichte, den Stoffwechsel von Immunzellen so zu regulieren, dass die Fähigkeit der Zellen, Tumore anzugreifen, gesteigert wird.

Der Hauptautor und Stanford-Doktorand Victor Tieu war an der Verbesserung der T-Zelltherapie mit chimären Antigenrezeptoren (CAR) interessiert. Bei dieser Krebsbehandlung werden T-Zellen – eine Art weiße Blutkörperchen – mit dem CAR-Protein ausgestattet, einem Rezeptor, der es den Zellen ermöglicht, Krebszellen besser aufzuspüren. Während die CAR-T-Therapie Blutkrebs, einschließlich Lymphomen und multiplem Myelom, erfolgreich behandelt hat, haben sich die manipulierten Immunzellen gegen solide Krebsarten wie Bauchspeicheldrüsen- und Lungenkrebs nicht bewährt.

Das liegt daran, dass solide Tumore eine sperrigere Struktur haben, in die die Immunzellen eindringen können – die Zellen werden erschöpft, bevor sie Fortschritte bei der Tumorzerstörung erzielen können. T-Zellen haben sich entwickelt, um schnell zu feuern und Viren anzugreifen, was bedeutet, dass sie ihre Energiespeicher im Kampf gegen Krebs oft zu früh aufbrauchen.

„Wir waren wirklich daran interessiert, wie wir diese Zellen verbessern können, um die klinischen Ergebnisse zu verbessern“, sagte Tieu. „Viele der Tools, die wir derzeit haben, sind einfach nicht so gut.“

Die Forscher testeten ihr Tool an CAR-T-Zellen in Laborkulturen mit Tumorzellen und an krebskranken Mäusen. „Unser Ergebnis ist, dass es eine zehnmal bessere Leistung erbringt, was die Reduzierung des Tumorwachstums und die Aufrechterhaltung der langfristigen T-Zell-Proliferation betrifft“, sagte der leitende Autor Stanley Qi, außerordentlicher Professor für Bioingenieurwesen an der Stanford und Institutswissenschaftler am Sarafan ChEM-H.

Zellerschöpfung stoppen

Frühere Forschungsanstrengungen zur Verbesserung der CAR-T-Zelltherapie nutzten CRISPR-Cas9, um die DNA der Zellen zu bearbeiten. Diese Gen-Editing-Plattform birgt jedoch Risiken, da dabei Teile der DNA dauerhaft gelöscht werden, was unbeabsichtigte Folgen haben und sogar dazu führen kann, dass die T-Zellen selbst krebsartig werden.

Deshalb verfolgte das Stanford-Team einen anderen Weg und untersuchte, ob CRISPR-Cas13d – das eine molekulare Schere verwendet, die RNA und nicht DNA schneidet – reversible Veränderungen der Genexpression in T-Zellen ermöglichen könnte. Im Gegensatz zu Cas9 kann Cas13d problemlos auf mehrere Gene gleichzeitig abzielen – in der Arbeit zeigten die Forscher, dass sie 10 Änderungen gleichzeitig an menschlichen T-Zellen vornehmen können.

„RNA ist die nächsthöhere Schicht der DNA, daher greifen wir nicht wirklich in den genetischen Code ein“, sagte Tieu. „Aber wir sind immer noch in der Lage, große Veränderungen in der Genexpression zu erreichen, die das Verhalten der Zelle verändern können.“

Um herauszufinden, ob dieses Tool die Funktion von CAR-T-Zellen erfolgreich verbessern kann, identifizierten sie 24 Gene, die an der Erschöpfung der T-Zellen beteiligt sein könnten. Anschließend testeten sie mit dem MEGA-Tool 6.400 gepaarte Genkombinationen in Kulturen, wobei verschiedene Gene ausgeschaltet wurden, und identifizierten neue Genpaarungen, die besonders gut zusammenarbeiteten, um die Antitumorfunktion zu steigern.

T-Zellen in Marathonläufer verwandeln

In einem anderen Experiment optimierte das Team eine Reihe von Stoffwechselgenen in den T-Zellen, um die Zellen von Sprintern zu Marathonläufern zu machen und ihnen so die Ausdauer zu verleihen, Tumore zu zerstören. Sie verglichen diese MEGA-CAR-T-Zellen mit nicht-manipulierten T-Zellen und CAR-T-Zellen, sowohl in Laborkulturen mit Tumorzellen als auch bei Mäusen mit Krebs. Nach drei Wochen testeten sie das Ausmaß der Tumore und das Überleben der T-Zellen.

Zunächst waren die MEGA-Zellen in ihrer Antikrebsaktivität zurückgeblieben. „Anfangs dachte ich: ‚Oh, diese Zellen sind schlimmer‘“, sagte Tieu. Aber nach einiger Zeit hielten diese Zellen gegen die Tumorzellen durch, während die CAR-T- und regulären T-Zellen sich abnutzten, was zu einer zehnfachen Verbesserung der Tumorwachstumsreduktion und der T-Zell-Proliferation führte.

Das Geheimnis bestand darin, die Art und Weise, wie die Zellen ihren Zucker verbrauchen, zu verändern, weg von einem schnell verbrennenden Glykolyseprozess hin zu einer Bevorzugung der oxidativen Phosphorylierung.

„Wir konnten diese Technologie nutzen, um die mRNAs in diesem Zuckernutzungsweg innerhalb der T-Zellen zu entwickeln, die ihre Wahl des zu verwendenden Zuckermoleküls regulieren“, sagte Qi. Dadurch „konnten wir die Persistenz dieser T-Zellen wirklich aufrechterhalten, so dass die T-Zellen länger an der Tumorstelle leben und auch eine viel bessere Leistung erbringen konnten.“

Die MEGA-Plattform ermöglichte nicht nur die Feinabstimmung von Genen, die den T-Zell-Stoffwechsel regulieren, sondern die Abstimmung konnte auch mit einem Medikament reguliert werden. Wenn ein Antibiotikum namens Trimethoprim vorhanden war, schaltete es die RNA-Veränderungen ein, drosselte den Glykolyse-Stoffwechsel der Zellen und machte sie zu Ausdauersportlern bei ihrem Angriff auf die Tumorzellen. Als das Medikament weg war, kehrten die Zellen zu ihrer ursprünglichen Genexpression zurück.

Dieser medikamentenbasierte Kontrollmechanismus „erlaubt es, einen Sicherheitsschalter für Immuntherapiebehandlungen zu schaffen“, sagte Co-Autorin Crystal Mackall, Familienprofessorin von Ernest und Amelia Gallo und Professorin für Pädiatrie und Medizin an der Stanford.

Obwohl sich die Plattform noch in einem frühen Stadium befindet, hoffen die Forscher, dass sie sich schließlich im klinischen Umfeld als nützlich erweisen kann.

Tieu plant, die Plattform in Richtung dieses Ziels weiterzuentwickeln. „Es wäre wirklich cool zu versuchen, daraus ein tatsächliches klinisches Produkt zu machen“, sagte er. „Ich denke, es gibt viel Potenzial, die CAR-T-Zelltherapie auf eine Weise zu verbessern, die den Menschen vorher nicht möglich gewesen wäre.“