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NK-Zellen, eine Art von Lymphozyten innerhalb des angeborenen Immunsystems, sind entscheidend für die frühe Abwehr von Tumoren und virusinfizierten Zellen 1,2,3. Im Gegensatz zu T-Zellen benötigen NK-Zellen keine Antigenpräsentation über MHC-Moleküle (Major Histocompatibility Complex). Stattdessen verfügen NK-Zellen über ein Repertoire an aktivierenden und hemmenden Rezeptoren, die ihre Aktivität regulieren3. Die zellvermittelte zytotoxische Aktivität von NK nutzt verschiedene Mechanismen, darunter die Freisetzung von Perforin und Granzymen, die Beteiligung von Todesrezeptoren und die Produktion von proinflammatorischen Zytokinen wie IFN-γ und TNF-α. Dieser einzigartige Wirkmechanismus positioniert NK-Zellen als attraktiven Kandidaten für die Krebsimmuntherapie, insbesondere bei der Behandlung solider Krebserkrankungen, bei denen die Immunevasion eine erhebliche Hürde darstellt 1,2,3,4.
Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) ist eine der weltweit häufigsten und tödlichsten Formen von Leberkrebs5. Traditionelle therapeutische Ansätze, einschließlich Chirurgie, Chemotherapie und Strahlentherapie, bieten in der Regel einen begrenzten klinischen Nutzen und führen zu hohen Rezidivraten 6,7. Jüngste Fortschritte in der Immuntherapie und der zielgerichteten Therapie haben die Behandlung von HCC 8,9 erheblich beeinflusst. Immun-Checkpoint-Inhibitoren wie Nivolumab und Pembrolizumab haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt, indem sie die Immunzellantwort gegen Krebszellen verstärken10,11. Diese Therapien haben bei einigen Patienten zu verbesserten Überlebensraten und besserer Lebensqualität geführt. Sie können jedoch auch immunbedingte Nebenwirkungen verursachen, die ihre Anwendung bei bestimmten Patienten einschränken können12. Zielgerichtete Therapien wie Sorafenib und Lenvatinib hemmen spezifisch Signalwege, die das Wachstum von Krebszellen und die Angiogenese fördern13. Diese Behandlungen haben eine bekannte Wirksamkeit, um das Fortschreiten der Krankheit zu kontrollieren und das Überleben zu verlängern 8,14. Nichtsdestotrotz entwickelt sich in der Regel eine Resistenz gegen zielgerichtete Therapien, und Nebenwirkungen der Behandlung sind häufig15,16. Zu den vielversprechenden Wegen in der Krebsimmuntherapie gehört das Aufkommen von chimären Antigenrezeptoren (CAR) CAR-T-Zellen, die die Krebsbehandlung revolutioniert haben, insbesondere bei der Behandlung hämatologischer Malignome wie Lymphome und multiples Myelom 17,18,19.
CAR-exprimierende NK-Zellen, die die angeborene zytotoxische Aktivität von NK-Zellen mit dem präzisen Targeting der CAR-Technologie kombinieren, stellen einen innovativen und potenziell transformativen Ansatz für solide Tumoren wie HCC 20,21,22,23,24 dar. CAR-gezüchtete Zellen können Tumorzellen, die das Zielantigen exprimieren, spezifisch erkennen und abtöten, während normales Gewebe geschont wird, wodurch das Risiko von Off-Target-Effekten im Zusammenhang mit herkömmlichen Therapien verringertwird 25,26,27. CAR-NK-Zellen, die aus NK-Zellen hergestellt werden, die aus peripherem Blut oder Nabelschnurblut isoliert wurden, werden typischerweise durch Transduzieren von NK-Zellen mit CAR-Konstrukten hergestellt, die aus einer extrazellulären Antigen-Erkennungsdomäne, einer Transmembrandomäne und intrazellulären Signaldomänen bestehen, die für die Aktivierung und Proliferation erforderlich sind 28,29,30.
Die Herausforderung, eine stabile und homogene Population von funktionell veränderten NK-Zellen für die klinische Behandlung zu entwickeln, kann durch den Einsatz von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) gelöst werden31,32. Das Engineering von humanen iPSCs mit NK-Zell-optimierten CARs liefert ein verbessertes Aktivierungs- und Proliferationssignal für NK-Zellen und liefert eine unerschöpfliche und homogene Population von CAR-exprimierenden NK-Zellen als standardisierte "Standardtherapie"20,33. In diesem Protokoll beinhaltet die genetische Modifikation von iPSCs zur Erzeugung von CAR-exprimierenden iPSC-abgeleiteten NK-Zellen die Integration eines NK-Zell-optimierten CAR-Konstrukts, das von NK-Zellen abgeleitete Transmembran- und Signaldomänen (NKG2D-2B4-CD3ζ) und ein Anti-Glypican-3 (GPC3) scFv umfasst, wie in unseren früheren Studienbeschrieben 23. Die gentechnisch veränderten iPSCs werden dann unter Verwendung eines zuvor entwickelten NK-Zelldifferenzierungsprotokolls differenziert und expandiert34. Diese manipulierten CAR-exprimierenden iPSC-abgeleiteten NK-Zellen haben die Fähigkeit, HCC und andere Tumorzellen, die spezifische tumorassoziierte Antigene exprimieren, wie z. B. Glypican 3 (GPC3), das in HCC und anderen Malignomen überexprimiert wird, zu erkennen und zu eliminieren 35,36,37,38.
Die Anwendung von iPSC-abgeleiteten CAR-NK-Zellen zur Behandlung verschiedener Krebsarten ist vielversprechend 30,39,40; Viele dieser iPSC-abgeleiteten CAR-NK-Zellen befinden sich derzeit in klinischen Studien 41,42,43. Um Fortschritte in diesem Bereich zu ermöglichen, ermöglicht dieses Protokoll die effiziente Produktion von gentechnisch veränderten iPSC-abgeleiteten CAR-NK-Zellen, vom Zellengineering über die Differenzierung in reife NK-Zellen bis hin zur In-vitro-Expansion.