Die Inzidenz und Mortalität von Krebserkrankungen steigt weltweit rapide an. Dies stellt eine Bedrohung für das menschliche Überleben und die gesellschaftliche Entwicklung dar. Magenkrebs ist die dritthäufigste Ursache für krebsbedingte Todesfälle weltweit und tritt in hohem Maße auf1. Aufgrund niedriger Früherkennungsraten werden ein erheblicher Anteil der Patienten erst im fortgeschrittenen Stadium diagnostiziert. Traditionelle Behandlungsansätze umfassen Chirurgie, Strahlentherapie und Chemotherapie. Bei Patienten mit mittel- bis spätstadiärem oder komplexem Magenkarzinom kann eine chirurgische Resektion unvollständig sein. Zudem können die erhebliche chirurgische Belastung und die lange postoperative Erholungsphase die Lebensqualität der Patienten beeinträchtigen und möglicherweise zu Komplikationen führen. Strahlentherapie und Chemotherapie schädigen gesundes Gewebe erheblich und verursachen während der Behandlung zahlreiche Nebenwirkungen. Im Gegensatz dazu bieten zielgerichtete Therapien und Zelltherapien eine höhere Präzision und Wirksamkeit. Diese Behandlungsformen haben sich als entscheidende moderne Therapieverfahren etabliert und stellen den vorherrschenden Trend bei der Auswahl zukünftiger therapeutischer Strategien dar.
Das Aufkommen der Therapie mit chimären Antigenrezeptor-T-Zellen (CAR-T) hat die Zelltherapie zu einem bahnbrechenden Durchbruch vorangetrieben. Sie hat eine starke Wirksamkeit bei der Behandlung hämatologischer Malignitäten gezeigt2,3. Bei der CAR-T-Therapie werden die eigenen T-Zellen des Patienten genetisch in vitro verändert, indem ein spezifischer chimärer Antigenrezeptor (CAR) eingefügt wird. Dieser Rezeptor erkennt spezifische Antigene auf der Oberfläche von Tumorzellen und aktiviert die T-Zellen, um Krebszellen anzugreifen. In den letzten Jahren hat auch die Forschung zur CAR-T-Therapie bei Magenkrebs Fortschritte gemacht. Die Auswahl therapeutischer Zielstrukturen ist besonders entscheidend, da sie die Zielgenauigkeit und Wirksamkeit der CAR-T-Zellen bestimmt. Neben HER2 hat Claudin18.2 sich als weiteres bedeutendes therapeutisches Ziel bei Magenkrebs herauskristallisiert, mit Expressionsraten zwischen 40 % und 87 % bei Patienten. Claudin18.2 ist normalerweise im Magenepithel verborgen. Wenn maligne Tumore die für den interzellulären Molekülaustausch verantwortlichen Tight Junctions zerstören, wird Claudin18.2 auf der Oberfläche der Tumorzellen freigelegt. Dadurch wird es zu einem spezifischen therapeutischen Ziel für diese Tumore4.
Typischerweise umfasst der Standardherstellungsprozess für CAR-T-Zellen die Zellgewinnung, die T-Zellselektion und -anreicherung, die T-Zellaktivierung, die Konstruktion des CAR-Gens, die Gentransduktion, die Expansion, die Qualitätskontrolle, Lagerung und den Transport sowie anschließend die Infusion beim Patienten. Der gesamte Herstellungsprozess von CAR-T-Zellen ist äußerst komplex, erfordert sterile Bedingungen und stellt strenge Anforderungen an Umwelt und Ausrüstung. Dies führt zu den hohen Kosten der CAR-T-Therapie und begrenzt deren klinische Anwendung. Um die Komplexität der ex vivo-CAR-T-Produktion zu überwinden, wurde das Konzept der in vivo-CAR-T-Herstellung vorgeschlagen. Dieser Ansatz beinhaltet die direkte Programmierung von CAR-T-Zellen im Körper des Patienten, wodurch die ex vivo-Zellgewinnung, -modifikation und -vermehrung entfallen. Ziel dieser Strategie ist es, die Kosten zu senken, Sicherheit und Zugänglichkeit zu verbessern und eine breitere Anwendung in der Krankheitsbehandlung zu ermöglichen5.
Der Schlüssel zur in vivo-CAR-T-Zellpräparation liegt in der Auswahl eines optimalen Vektorsystems. Derzeit werden Vektoren in virale und nichtvirale Systeme unterteilt. Unter den viralen Optionen werden vor allem lentivirale (LV) und adeno-assoziierte virale (AAV) Vektoren eingesetzt. Die erheblichen Risiken und die begrenzte Kapazität für genetische Last, die mit viralen Vektoren verbunden sind, stellen jedoch erhebliche Hindernisse für die klinische Forschung dar6. Ein wesentlicher Nachteil viraler Vektoren für die in vivo-Abgabe ist ihr Potenzial für genomische Integration, das zu genetischer Toxizität und Insertionsmutationen führen kann. In früheren Fällen wurden bei einem geringen Teil der Patienten nach der Behandlung tödliche Immunreaktionen oder Krebserkrankungen dokumentiert. Zudem beschränken die inhärente Toxizität und Immunogenität von Viren deren Anwendung für wiederholte in vivo-Gaben stark. Eine weitere Herausforderung ist die begrenzte Kapazität für genetische Last bei viralen Vektoren, die die gleichzeitige Abgabe mehrerer Gene verhindert.
Nichtvirale mRNA-Transportsysteme beheben diese Nachteile effektiv. Sie vermeiden die Integration in das Wirtsgenom und umgehen somit zahlreiche Risiken. Ihre vorübergehende Wirkung verhindert Off-Target-Toxizität und ermöglicht eine kurzfristige, kontrollierbare Expression von CAR-T-Zellen, wodurch Nebenwirkungen und Sicherheitsrisiken verringert werden. Unter den nichtviralen Systemen bieten lipidbasierte Nanopartikel (LNPs) einen sichereren Ansatz. Sie überwinden die Größenbeschränkungen viraler Vektoren. LNPs lösen zudem Probleme wie Insertionsmutationen und Immunogenität. Dadurch stellen sie vielversprechende Kandidaten für die CAR-T-Zelltherapie dar und haben das Potenzial, Toxizität und Sicherheitsrisiken zu senken sowie Kosten zu reduzieren7.
Die aktuelle Forschung zur Immuntherapie solider Tumore konzentriert sich hauptsächlich auf die Optimierung der LNP-Formulierung, gezielte Modifikationen und die Engineering von mRNA-Sequenzen in verschiedenen Krebsmodellen, darunter Melanom8, Brustkrebs und kolorektales Karzinom9. Bemühungen wurden zudem darauf gerichtet, chimäre Antigenrezeptor-Makrophagen (CAR-M)10 und dendritische Zellen (CAR-DC)11 via LNP-Abgabesysteme zu konstruieren, um die komplexen physikalischen Barrieren und das immunsuppressive Tumormikromilieu (TME) solider Tumore zu überwinden. Die hier vorgestellte Plattform bietet ein vielseitiges, nichtvirales mRNA-Abgabesystem mit hoher Modularität. Durch den einfachen Austausch der mRNA-Sequenz kann diese Plattform schnell an solide Tumormodelle angepasst werden, die auf andere Antigene abzielen, oder auf nicht-onkologische therapeutische Bereiche wie autoimmune, kardiovaskuläre und fibrotische Erkrankungen erweitert werden.
Ein technisches Manko bleibt jedoch bei der Anwendung dieser Plattformen in der Magenkrebstherapie bestehen: Frühere Studien konzentrierten sich vorwiegend auf die Bearbeitung myeloischer Zellen, während Strategien zur hochwirksamen in vivo-Umpolung von T-Zellen weitgehend experimentell sind. Um diese Lücke zu schließen, beschreibt dieses Protokoll eine Methode zur Erzeugung transienter CAR-T-Zellen via LNP-vermittelter mRNA-Abgabe. Dieser Ansatz zielt darauf ab, die inhärenten Einschränkungen konventioneller CAR-T-Zelltherapien zu überwinden, darunter hohe Kosten, komplexe Herstellungsverfahren und systemische Toxizitäten, und bietet dadurch eine wirksamere und zugänglichere therapeutische Alternative für Patienten. Es wird gezeigt, dass die Transfektion von T-Zellen mit einer optimierten mRNA-Sequenz, die einen spezifischen, Claudin18.2 targetierenden CAR kodiert, eine starke Oberflächenexpression des CAR ermöglicht und die modifizierten T-Zellen so anleitet, gezielte zytotoxische Aktivität gegen bestimmte Tumorzellen zu entfalten. Dieses Protokoll ist in fünf klar abgegrenzte Abschnitte gegliedert: in vitro-Transkription der CAR-mRNA, Herstellung und Charakterisierung von LNPs, Aktivierung und Transfektion von T-Zellen, Nachweis der CAR-Expression sowie Bewertung der zytolytischen Wirksamkeit der CAR-T-Zellen in vitro und in vivo.
Im Vergleich zu bestehenden mRNA-LNP-Transportsystemen liegt die zentrale methodische Innovation dieses Protokolls in der kinetischen Optimierung der transienten Expression. Eine synergistische Optimierung wurde an der 5' UTR, der 3' UTR, der 5' Cap-Struktur und einem 120 Basenpaare langen poly(A)-Schwanz durchgeführt. Dieses maßgeschneiderte Design reguliert die mRNA-Halbwertszeit im Tumormikroumfeld, wodurch eine hochgradig effiziente Translation innerhalb eines definierten therapeutischen Zeitfensters ermöglicht und anschließend ein sicherer Abbau gewährleistet wird. Geprägt durch eine schnelle und transiente CAR-Expression, dient diese Plattform als "off-the-shelf"-Formulierung für den sofortigen Einsatz und verhindert das Fortschreiten der Erkrankung während des langwierigen Herstellungszeitraums, der für konventionelle Therapien erforderlich ist. Darüber hinaus bietet dieses transiente Expressionsprofil einen kontrollierbaren Sicherheitsvorteil bei der gezielten Anwendung gegen Antigene mit potenziellen "on-target, off-tumor"-Toxizitäten oder für Patienten, die eine schwere Zytokinfreisetzungssyndrom (CRS) im Zusammenhang mit herkömmlichen CAR-T-Therapien nicht tolerieren können.
Trotz der erheblichen Vorteile der in vivo in situ-Generierung von CAR-T-Zellen, insbesondere der Eliminierung des komplexen ex vivo-Herstellungsprozesses und der verringerten wirtschaftlichen Belastung, bestehen bestimmte Einschränkungen weiterhin. In der systemischen Zirkulation neigen LNPs zur unspezifischen Anreicherung in der Leber und zur schnellen Aufnahme durch Makrophagen und dendritische Zellen. Ohne gezielte Bindungsmotive, die spezifisch auf T-Zellen ausgerichtet sind, ist die Transfektionseffizienz der Ziel-T-Zellpopulation zwangsläufig beeinträchtigt. Darüber hinaus unterliegen in situ generierte CAR-T-Zellen nach dem Eintritt in das Tumorgewebe der feindlichen TME; unter hypoxischen, sauren und immunsuppressiven Bedingungen sind diese T-Zellen stark anfällig für Immunauslöschung, wodurch ihre zytotoxische Wirksamkeit eingeschränkt wird. Zudem beschränkt die vorübergehende Natur der mRNA-Expression, obwohl sie die Sicherheit erhöht, die Dauer des therapeutischen Zeitfensters. Um eine anhaltende antitumorale Wirksamkeit zu erzielen, sind häufig intermittierende und wiederholte Applikationen erforderlich. Zukünftige Untersuchungen werden daher darauf abzielen, diese Einschränkungen zu beheben, indem die Abgabeeffizienz von LNPs verbessert wird, um eine präzise, linien-spezifische Zielgerichtetheit zu erreichen.