Cellules CAR-T pour le traitement du cancer: conception actuelle et développement futur 

 

Cellules CAR-T pour le traitement du cancer: conception actuelle et développement futur. L'immunothérapie s'est développée au cours de la dernière décennie en tant que thérapie alternative pour le traitement du cancer.

Dans ce chapitre, nous avons étudié les cellules CAR-T, qui sont des cellules T autologues génétiquement modifiées qui peuvent exprimer des récepteurs chimériques spécifiques aux antigènes exprimés à la surface des cellules tumorales.

Bien que ce type de thérapie personnalisée révolutionne le traitement du cancer, en particulier les tumeurs malignes à cellules B, il présente encore des limites difficiles.

Ici, nous avons discuté des aspects immunologiques et techniques de base de la thérapie cellulaire CAR-T, des limites qui ont compromis son efficacité et sa sécurité, et les stratégies actuellement proposées pour surmonter ces limitations, afin que les cellules CAR-T aient une plus grande valeur d'application thérapeutique.

 

 

1. Introduction

Les méthodes conventionnelles de traitement du cancer, telles que la chimiothérapie et la radiothérapie, sont efficaces dans de nombreux cas, mais elles présentent encore plusieurs limites: a) Elles ne sont pas spécifiques et affectent donc deux tumeurs de la même manière que les cellules normales; (b) Ils ne peuvent pas éliminer efficacement les cellules tumorales chez tous les patients; (c) ils affaiblissent la capacité naturelle du corps à se défendre contre les cellules cancéreuses, et (d) ils peuvent provoquer une variété d'effets secondaires qui affectent les patients traités.

Au cours de la dernière décennie, l'immunothérapie est devenue une méthode de traitement alternative pour de nombreux types de tumeurs, qui peut être utilisée seule ou en combinaison avec d'autres méthodes de traitement conventionnelles ou innovantes [1]. L'immunothérapie consiste en des méthodes techniques qui utilisent des composants solubles ou cellulaires du système immunitaire pour le traitement du cancer et des maladies à médiation immunitaire [2]. L'immunothérapie cellulaire adoptive est caractérisée par l'utilisation de sous-ensembles cellulaires du système immunitaire à des fins thérapeutiques [3].

Ces dernières années, le développement de la technologie du génie génétique et des processus biologiques cellulaires a permis la génération et l'expansion de cellules T anti-tumorales génétiquement modifiées, surmontant les obstacles réels qui limitaient auparavant l'utilisation des lymphocytes infiltrant les tumeurs (TIL) dans les programmes d'immunothérapie. [4].

 

2. Conception de la voiture

Les cellules CAR-T sont des cellules T qui ont été génétiquement modifiées pour exprimer des récepteurs chimériques qui ciblent des antigènes spécifiques. CAR (Chimeric Antigen Receptor) est une molécule chimérique du récepteur des lymphocytes T (TCR) fusionnée avec un domaine de reconnaissance d'antigène, tel qu'un fragment à chaîne unique d'un anticorps monoclonal (scFv) [5]. Par conséquent, malgré leur TCR naturel, les cellules CAR-T peuvent toujours reconnaître des antigènes spécifiques à la surface d'autres cellules via les récepteurs CAR. Contrairement à la reconnaissance médiée par TCR, la reconnaissance de l'antigène CAR ne dépend pas du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH).

Les molécules CAR peuvent se lier à des antigènes reconnus par leurs régions scFv à la surface des cellules tumorales. Les antigènes peuvent être des protéines, des glucides ou des lipides, car les anticorps / scFv peuvent se lier à de telles molécules. Pour toutes les thérapies anticancéreuses ciblées, la cible doit être spécifique aux cellules cancéreuses pour éviter d'endommager les cellules et tissus sains.

Les tumeurs à cellules B sont considérées comme des candidats-médicaments idéaux pour la thérapie ciblée sur les cellules CAR-T. Les cellules B peuvent être facilement ciblées par des marqueurs spécifiques et sélectifs (tels que CD19). De plus, le CD19 n'est pas présent dans la plupart des tissus normaux (à l'exception des cellules B normales), ce qui en fait une cible / antigène relativement sûre [5].

Actuellement, les CAR sont divisés en trois générations en fonction de leurs domaines de transduction de signal intracellulaire. La première génération se compose uniquement du domaine extracellulaire (scFv) et du domaine CD3ζ intracellulaire (figure 1a). Le CAR de deuxième génération possède un domaine de costimulation moléculaire CD28 ou 4-1BB unique, qui améliore l'efficacité clinique du traitement en augmentant le taux de survie des lymphocytes T modifiés (figure 1b) [5,6]. La CAR de troisième génération contient des molécules avec au moins trois domaines costimulateurs cytoplasmiques. En plus de CD28 et 4-1BB, CD27, ICOS ou OX40 peuvent également être couplés, améliorant théoriquement l'activation, la survie et l'efficacité des lymphocytes T génétiquement modifiés (figure 1c). Cependant, jusqu'à présent, la CAR de deuxième génération a montré les meilleurs résultats cliniques et la meilleure sécurité [7, 8].

3. Activation lymphocytaire et transduction CAR

La production de cellules CAR-T commence par la collecte de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) des patients par prélèvement sanguin ou prélèvement sanguin veineux périphérique. Initialement, non fractionné a été utilisé comme matière première pour ses cellules CAR-T pour produire des cellules T. Étant donné que la composition des PBMC peut varier considérablement, cette technique peut produire des produits de cellules CAR-T incohérents.

Les billes immunomagnétiques peuvent être utilisées pour séparer les sous-populations de cellules T, éliminant ainsi les monocytes, inhibant ainsi l'activation et l'expansion des cellules T [9, 10], produisant ainsi des produits de cellules CAR-T riches en cellules T (total CD3, CD3 + CD4 + ou CD3 + CD8). Cependant, le rapport CD4: CD8 varie fortement d'un patient à l'autre. Le nombre et la fréquence des sous-groupes CD4 et CD8 recevant divers traitements de chimiothérapie pour le cancer varient considérablement. Par rapport aux individus en bonne santé, il y a plus de CD8 que de lymphocytes T CD4. Cela peut affecter la préparation de produits cellulaires CAR-T à activité anti-tumorale [11].

Les fonctions des cellules T CD4 et CD8, leur capacité à proliférer et à persister dans l'organisme et leur rapport dans le sang périphérique (rapport CD4: CD8) sont différents. De plus, les sous-groupes CD4 et CD8 (cellules souches naturelles, mémoires, mémoire centrale, effecteurs et régulateurs) diffèrent par leurs marqueurs extracellulaires et intracellulaires et leurs voies de signalisation métaboliques et épigénétiques [12,13]. Dans ce cas, les sous-ensembles CD4 et CD8 peuvent être séparés pendant la préparation des produits de cellules CAR-T, et ils peuvent être ajoutés dans un rapport déterminé à la fin de l'expansion.

Dans un proche avenir, dans le cadre du processus biologique de production de thérapie cellulaire CAR-T, des sous-ensembles spécifiques de cellules T peuvent être isolés avant activation / transduction ou après expansion pour réguler la composition cellulaire des produits cellulaires CAR-T. Bien entendu, le contrôle de la composition cellulaire des produits de cellules CAR-T réduira leur variabilité et améliorera leur prolifération, leur persistance et leur efficacité in vivo.

 

 

4. Les limites de la thérapie CAR-T autologue actuelle et la prochaine direction de développement

Bien que la thérapie cellulaire CAR-T ait été cliniquement réussie ces dernières années, cette méthode de traitement a encore de nombreuses limitations conceptuelles inhérentes.

Le CAR conventionnel actuellement utilisé a une spécificité de cible unique, et en raison de l'hétérogénéité de la plupart des tumeurs, il peut conduire à une fuite tumorale [17,18]. Une autre limitation de la thérapie actuelle est que la conception traditionnelle de CAR ne peut pas contrôler directement la réactivité des cellules CAR-T. Après la perfusion, les cellules CAR-T peuvent se multiplier jusqu'à 10 000 fois en réponse à leurs antigènes, ce qui rend le degré de réponse imprévisible, ce qui peut entraîner des effets secondaires graves [19]. Lors d'essais cliniques récents, environ un tiers des patients ont présenté une fièvre et une inflammation sévères, et tous les patients ont développé une hypoplasie chronique des lymphocytes B. L'hypoplasie des cellules B peut être atténuée par l'administration de gamma globuline.

Parmi les effets secondaires, le plus grave est le «syndrome de libération des cytokines» (SRC), potentiellement mortel. Chez les patients présentant une charge tumorale accrue, le SRC semble s'aggraver et s'accompagne souvent d'un syndrome d'activation des macrophages (c.-à-d. Activation et prolifération incontrôlées des macrophages) et d'un syndrome de lyse tumorale (c.-à-d. Matériel intracellulaire soudain après lyse tumorale) libéré dans la circulation sanguine). Heureusement, les effets du SRC peuvent être réduits en réduisant le nombre de lymphocytes T injectés et / ou en administrant des anticorps monoclonaux anti-récepteurs IL-6 (Tocilizumab, Actemra®) et des stéroïdes [20].

Certaines stratégies visant à améliorer l'efficacité et l'innocuité des thérapies CAR-T actuelles sont actuellement en cours de discussion (Figure 2).

4.1 Transduction CAR des cellules T allogéniques

La thérapie actuelle par cellules CAR-T autologues est destinée aux patients. Par conséquent, ils nécessitent un travail intensif et un temps de production long (généralement 3-4 semaines pour produire des produits à cellules CAR-T). Même s'il ne faut pas longtemps pour envisager un traitement personnalisé, il est beaucoup plus long que de nombreux traitements anticancéreux non personnalisés, qui peuvent être utilisés presque immédiatement par les patients.

En raison du faible nombre de lymphocytes et des cellules envahies présentes chez les patients cancéreux, l'expansion et la production de cellules T auto-modifiées n'est pas une tâche facile. En raison d'un échec de production, environ 9% des patients recevant le traitement pilote Kymriah (tisagenlecleucel) ne peuvent pas obtenir le produit [21]. Par conséquent, les cellules T allogéniques génétiquement modifiées prêtes à l'emploi fabriquées à partir de donneurs sains sont attrayantes à bien des égards.

Les cellules allogéniques du donneur et du receveur peuvent présenter une incompatibilité dans le complexe de l'antigène leucocytaire humain (HLA), conduisant à une maladie grave du greffon contre l'hôte (GvHD) [22]. D'autre part, le rejet peut conduire à l'élimination des cellules CAR-T, conduisant à un échec du traitement. Pour résoudre ce problème, des cellules CAR-T allogéniques knock-out HLA (UCART19) ont été développées pour éviter les réactions allogéniques [23]. Les premiers résultats de l'étude clinique UCART ont montré que 4 des 6 patients ayant reçu la dose initiale de traitement ont rechuté 4 à 6 mois après le traitement, et 1 d'entre eux présentait une GvHD cutanée, ce qui indiquait que les molécules HLA faisaient partie des cellules CAR-T . L'expression est allergique [24]].

Afin de résoudre ces problèmes, la recherche s'oriente vers la prochaine génération de thérapies CAR-T, qui sont des thérapies allogéniques ou des thérapies «sur étagère», qui peuvent être produites en masse à partir de cellules saines de donneurs et utilisées chez plusieurs patients. Pour les produits allogéniques, de nombreuses questions doivent encore être résolues, par exemple si les cellules T d'un donneur peuvent être entièrement développées, ou si un donneur doit faire plusieurs dons, et si des CAR comparables de différents donneurs seront obtenus -Est-il préférable d'utiliser des lots des produits de cellules T, ou utiliser un grand nombre de pools de lymphocytes de donneurs pour une production à grande échelle? Bien entendu, pour différents donneurs, la variabilité individuelle au niveau cellulaire est généralement élevée, mais les cellules collectées auprès du même donneur à des moments différents montrent également un certain degré de variabilité.

4.2 Prise en charge de la toxicité thérapeutique des cellules CAR-T

Dans certains cas, les cellules CAR-T peuvent se développer de manière incontrôlable dans le corps, ce qui peut être lié à une toxicité potentiellement mortelle et à une dysplasie chronique des cellules B. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler la prolifération des cellules T modifiées chez les patients. Pour relever ce défi, un CAR commutable (sCAR) a été développé [30, 31]. Les cellules sCAR-T peuvent contrôler l'activité des cellules CAR-T en dose titrable en utilisant des anticorps ou des commutateurs à base de petites molécules. Un autre avantage de ce système est qu'il peut basculer vers des cibles différentes. De plus, des CAR avec des gènes suicide ont été développés pour éviter une amplification incontrôlée in vivo [32].

D'autre part, le microenvironnement tumoral immunosuppresseur peut avoir un impact négatif sur l'expansion et l'activité des cellules CAR-T dans le corps. Une stratégie pour surmonter cette limitation consiste à co-modifier les cellules CAR-T avec des cytokines pro-inflammatoires telles que l'interleukine 12 (IL-12) et l'interleukine 18 (IL-18). L'IL-12 est une cytokine pro-inflammatoire produite par les CD et les macrophages, et il a été démontré qu'elle favorise la maturation des CD et augmente la prolifération des cellules T [33].

4.4 Développement de cellules CAR-T qui reconnaissent plusieurs antigènes

Le CAR conventionnel actuellement utilisé a une spécificité cible unique. En raison de l'hétérogénéité de la plupart des tumeurs, cette méthode peut conduire à une fuite tumorale. Une nouvelle conception de CAR, CAR en tandem, a été conçue pour exprimer deux domaines de liaison d'antigène plus spécifiques et plus sûrs. Les cellules CAR T Tandem ne sont activées que lorsqu'elles reconnaissent deux antigènes différents en même temps. Hegede et coll. [34] ont développé un CAR en tandem avec le récepteur 2 du facteur de croissance épidermique anti-humain (HER2) et le mutant IL-13 se liant au récepteur α2 de l'IL-13 (IL-13Rα2), dans lequel le CD28 agit comme des molécules de co-stimulation et la chaîne CD3ζ comme domaine de transduction du signal. Par conséquent, il peut se lier à HER2 ou IL-13Rα2 pour réduire la fuite de l'antigène tumoral [34].

Récemment, des scientifiques de l'Université de Boston et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont développé une nouvelle technologie CAR appelée «Split, Universal and Programmable» (SUPRA) CAR, qui aborde simultanément la résistance tumorale et le système immunitaire Le problème de la suractivation et de la spécificité [ 35]. Les SUPRA-CAR sont composés de deux parties: l'une est un récepteur universel exprimé dans les cellules T, appelé zipCAR, et l'autre est un adaptateur scFv ciblant les tumeurs, appelé zipFv. Le récepteur universel zipCAR est produit par la fusion du domaine de signalisation intracellulaire et de la fermeture éclair à leucine en tant que domaine extracellulaire. La molécule d'adaptateur zipFv est produite par fusion d'une fermeture à glissière leucine appropriée et scFv. Le scFv de zipFv se lie aux antigènes tumoraux et la fermeture éclair à leucine se lie et active le zipCAR dans les cellules T [35]. Ce SUPRA-CAR a des caractéristiques uniques qui peuvent ajuster plusieurs variables, par exemple, (1) l'affinité entre deux paires, (2) l'affinité entre l'antigène tumoral et scFv, (3) la concentration de zipFv, et (4) zipCAR Le niveau d'expression peut être utilisé pour réguler la réponse des lymphocytes T. Des expériences in vitro montrent que SUPRA-CAR a le potentiel d'augmenter la spécificité tumorale et de réduire la toxicité. Des tests précliniques in vivo ont montré que SUPRA-CAR peut réduire la charge tumorale dans les modèles murins de xénogreffe de cancer du sein et les modèles de tumeurs hématologiques [35]. De plus, des études in vivo ont confirmé que diverses méthodes peuvent être utilisées pour contrôler le système SUPRA-CAR, comme le CRS, pour réguler précisément le système SUPRA-CAR [35]. (3) concentration de zipFv, et (4) zipCAR Le niveau d'expression peut être utilisé pour réguler la réponse des lymphocytes T. Des expériences in vitro montrent que SUPRA-CAR a le potentiel d'augmenter la spécificité tumorale et de réduire la toxicité. Des tests précliniques in vivo ont montré que SUPRA-CAR peut réduire la charge tumorale dans les modèles murins de xénogreffe de cancer du sein et les modèles de tumeurs hématologiques [35]. De plus, des études in vivo ont confirmé que diverses méthodes peuvent être utilisées pour contrôler le système SUPRA-CAR, comme le CRS, pour réguler précisément le système SUPRA-CAR [35]. (3) concentration de zipFv, et (4) zipCAR Le niveau d'expression peut être utilisé pour réguler la réponse des lymphocytes T. Des expériences in vitro montrent que SUPRA-CAR a le potentiel d'augmenter la spécificité tumorale et de réduire la toxicité. Des tests précliniques in vivo ont montré que SUPRA-CAR peut réduire la charge tumorale dans les modèles murins de xénogreffe de cancer du sein et les modèles de tumeurs hématologiques [35]. De plus, des études in vivo ont confirmé que diverses méthodes peuvent être utilisées pour contrôler le système SUPRA-CAR, comme le CRS, pour réguler précisément le système SUPRA-CAR [35]. Des tests précliniques in vivo ont montré que SUPRA-CAR peut réduire la charge tumorale dans les modèles murins de xénogreffe de cancer du sein et les modèles de tumeurs hématologiques [35]. De plus, des études in vivo ont confirmé que diverses méthodes peuvent être utilisées pour contrôler le système SUPRA-CAR, comme le CRS, pour réguler précisément le système SUPRA-CAR [35]. Des tests précliniques in vivo ont montré que SUPRA-CAR peut réduire la charge tumorale dans les modèles murins de xénogreffe de cancer du sein et les modèles de tumeurs hématologiques [35]. De plus, des études in vivo ont confirmé que diverses méthodes peuvent être utilisées pour contrôler le système SUPRA-CAR, comme le CRS, pour réguler précisément le système SUPRA-CAR [35].

 

Fig. Conception et caractéristiques du système SUPRA CAR (A) Comparaison entre la conception classique CAR et SUPRA CAR. Le système SUPRA CAR se compose de zipCAR et zipFv. zipCAR a une fermeture éclair leucine en raison de la partie extracellulaire de CAR, tandis que zipFv a scFv fusionné à une fermeture éclair leucine associée, et scFv peut se lier à la fermeture éclair leucine sur zipCAR. (B) Le système SUPRA CAR qui utilise différents zipFv pour cibler plusieurs antigènes tumoraux. Des cellules K562 exprimant Her2, mésothéline ou Axl et des cellules T primaires humaines CD8 + exprimant RR zipCAR (n = 3, moyenne ± ET) ont été co-cultivées in vitro. (C) Variables explorées pour caractériser le système SUPRA CAR: (1) Affinité entre les paires de fermetures à glissière leucine; (2) Affinité entre l'antigène tumoral et scFv; (3) Concentration de zipFv; (4) Niveau d'expression SVF zipCAR. (D) L'effet de la concentration des fermetures à glissière leucine (SYN 3, SYN5 et EE) avec des affinités différentes entre trois zipFv et RR zipCAR sur IFN g produit par les lymphocytes T CD4 + primaires (n = 3, moyenne ± ET). (E) L'effet de l'affinité de la fermeture à glissière, l'affinité de la tumeur scFv et le niveau d'expression de zipCAR sur la production d'IFN-g par les cellules T CD4 + primaires exprimant RR zipCAR (n = 3, moyenne).

4.5 Améliorer l'activité des cellules CAR-T dans le microenvironnement immunosuppresseur

Normalement, les cellules CAR-T ne peuvent pas migrer et / ou pénétrer vers le site tumoral. Il a été démontré que l'incorporation de récepteurs de chimiokine dans les molécules CAR améliore le transport des cellules CAR-T vers les tumeurs solides [36].

Une autre stratégie pour augmenter l'infiltration des cellules CAR-T dans les tumeurs stromales stromales consiste à incorporer l'héparanase dans les molécules CAR, qui produiront et dégraderont les composants de la matrice extracellulaire des tissus tumoraux in situ [37].

 

 

5. Conclusion

Les cellules CAR-T sont une thérapie révolutionnaire pour les patients cancéreux. Jusqu'à présent, des résultats cliniques satisfaisants ont été obtenus pour les tumeurs malignes à cellules B. Cependant, pour le traitement des tumeurs solides, les cellules CAR-T ne sont pas aussi efficaces. Par conséquent, de nombreuses améliorations sont encore nécessaires. Comme décrit dans ce chapitre, plusieurs méthodes prometteuses améliorent l'efficacité thérapeutique et la sécurité des cellules CAR-T.

À l'heure actuelle, la plus grande activité antitumorale des cellules CAR-T coïncide avec les effets secondaires les plus élevés. Par conséquent, plusieurs mesures d'adaptation à la sécurité ont récemment été proposées, telles que les RAC génétiquement modifiés suicides ou les RAC fractionnées (comme SUPRA-CAR).

En outre, la persistance des cellules CAR-T in vivo nécessite d'autres optimisations pour fournir une protection plus durable contre la récidive tumorale. Le développement de cellules CAR-T allogéniques et de nouveaux ajustements de conception des molécules CAR favoriseront le développement de cette thérapie. Une thérapie synergique avec d'autres thérapies conventionnelles ou immunothérapeutiques (telles que les inhibiteurs de points de contrôle immunitaires) pourrait élargir l'application clinique des cellules CAR-T dans un proche avenir.

 

 

(source: internet, référence uniquement)