Kanser, dünya çapında yılda tahmini 23,6 milyon yeni teşhis edilen vaka ve 10 milyon ölümle insan sağlığı için giderek daha önemli bir tehdit haline gelmektedir1. Radyasyon ve kemoterapi ile birlikte cerrahi tedavi, çeşitli lokalize, noninvaziv ve invaziv kanser türleri için altın bakım standardı olmaya devam etmektedir 2,3,4. Geleneksel sistematik tedavi erken evre kanserlerin tedavisinde muazzam bir başarı elde etmiş olsa da, çok toksiktir ve metastatik ve hematolojik kanserler üzerinde sınırlı bir etkiye sahiptir5. Bu kanserli hastalar sık sık tedavi görürler ve hastalığın ilerlemesini stabilize etme ve geciktirme umuduyla önemli toksisiteye katlanırlar. Kimerik antijen reseptörü (CAR) T hücre tedavisi, son zamanlarda B hücreli hematolojik kanserler için güçlü etkinlik gösteren ve bu çaresiz hastalara umut veren devrim niteliğinde bir hedefe yönelik tedavi olarak ortaya çıkmıştır6.
CAR-T hücreleri, hücre yüzeyinde tümörle ilişkili antijenleri (TAA'lar) spesifik olarak tanıyan ve majör histouyumluluk kompleksi proteinlerinden (MHC'ler) antijenik sunum gerektirmeden hücreleri aktive eden bir CAR eksprese eden tasarlanmış T lenfositleridir7. Aktivasyon üzerine, CAR-T hücreleri, MHC'lerden bağımsız olarak bir sitokin paneli ve lizaz tümör hücreleri salgılar, böylece immünosüpresif tümör mikroçevresi nedeniyle MHC'ler aşağı regüle edildiğinde veya kaybedildiğinde bile tümörlerin yıkımını arttırır 8,9. CAR'lar en az üç farklı alandan oluşur - TAA'ya özgü bir antikorun antijeni tanıyan değişken bölgelerini içeren bir hücre dışı tek zincirli fragman varyantı (scFv), CAR'ı hücre yüzeyine sabitleyen bir transmembran alanı ve adaptör protein alımına ve aşağı akış sinyalizasyonuna aracılık eden bir hücre içi alan10. Hücre içi alanlardaki varyasyonlara dayanarak, CAR yapıları şimdiye kadar beş nesil boyunca evrimleşmiştir, ilk nesil sadece CD3ζ aktivasyon alanını içerir ve sonraki nesiller 4-1BB ve CD28 gibi moleküllerden bir veya daha fazla ekstra uyarıcı alana sahiptir11. Bu hücre içi alanlar, birlikte klinik antitümör etkinliğini belirleyen CAR-T hücre sinyal mekanizmalarını, proliferasyonu, sağkalımı ve toksisiteyi etkiler. CAR-T hücre tedavisinin klinik başarısı, B hücreli lösemileri ve lenfomaları tedavi etmek için B-soy hücrelerinde yüksek oranda eksprese edilen bir biyobelirteç olan CD19'u spesifik olarak hedefleyen ikinci nesil CAR-T hücrelerinden gelir12,13. Bugüne kadar, Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), büyük B hücreli lenfoma, manto hücreli lenfoma ve multipl miyelom 6 dahil olmak üzere nüks veya refrakter hematolojik maligniteler için CD-19 veya B hücresi olgunlaşma antijenini (BCMA) hedefleyen altı ikinci nesil CAR-T hücre tedavisini onaylamıştır. Yeni nesil CAR-T hücreleri şu anda yoğun preklinik ve klinik çalışmalardan geçmektedir14,15.
CAR-T hücrelerinin klinik üretimi karmaşık, pahalı ve zaman alıcı bir süreçtir. Şu anda, CAR-T hücre hazırlığı için kullanılan lökositler, donör kaynaklı evrensel (veya kullanıma hazır) CAR-T hücreleri aktif geliştirme ve klinik değerlendirme altında olmasına rağmen, allojenik reaksiyonlardan kaçınmak için hastaların kendilerinden gelmektedir16. Lökositlerin hastanın periferik kanından lökoferez ile izole edilmesinin ardından, CAR'ı kodlayan yabancı bir gen fragmanı, viral veya viral olmayan yaklaşımlar kullanılarak aktive edilmiş T hücrelerine verilir 17,18,19. Retrovirüsler ve lentivirüsler, CAR kodlayan DNA'nın T hücresi genomuna rastgele ve kalıcı entegrasyonu ile sonuçlanan CAR gen iletimi için en yaygın viral vektörlerdir20. mRNA-lipid nanopartikülleri, transpozon sistemleri ve CRISPR/Cas9 genom düzenleme dahil olmak üzere viral olmayan yaklaşımlar daha az yaygındır21. Daha sonra, CAR eksprese eden T hücreleri ex vivo olarak büyük ölçekte genişletilir ve daha sonra toplanır ve hastalara geri verilir22,23. Sıkı İyi Üretim Uygulamaları (GMP) standartlarını karşılayan viral vektörlerin üretimi çok zor, karmaşık ve maliyetlidir, üreticiler, düzenleyici kurumlar ve hastalar üzerinde önemli bir yük oluşturur ve böylece yaygın klinik uygulamasını sınırlar.
CAR-T tedavisinin heyecan verici başarısına rağmen, güvenliği konusunda artan bir endişe var. Viral veya transpozon transdüksiyonu sırasında CAR transgen entegrasyonunun T hücresi genomuna rastgele doğası göz önüne alındığında, tümör baskılayıcı genlerin bozulması veya onkogenlerin aktivasyonu meydana gelebilir ve bu da T hücrelerinin malign transformasyonuna yol açabilir24,25. FDA'nın 2017 yılında ilk CAR-T hücre tedavisi ürününü onaylamasından bu yana, takip çalışmaları, tedaviyi alan hastaların %15'inin T hücreli lenfoma (TCL), küçük hücreli dışı akciğer kanseri (NSCLC) ve cilt kanseri gibi ikincil primer maligniteler (SPM'ler) geliştirdiğini göstermektedir 26,27,28,29. Çarpıcı bir şekilde, CAR transgenleri bazı SPM'lerde30,31 yüksek oranda tespit edildi ve bazı TCL vakaları doğrudan CAR-T hücrelerinin 24,32,33 anormal genişlemesinden kaynaklandı, bu da CAR-T ürünlerinin bazı SPM'leri indüklemede doğrudan bir rolü olduğunu gösteriyor. Diğer çalışmalar, SPM tümör hücrelerinde TET234, JAK135 ve PBX236 gibi kritik genlerde CAR transgen eklemelerini daha fazla tanımladı. CAR-T hücre tedavisini takiben T hücresi malignitelerinin biriken kanıtları ışığında, FDA yakın zamanda şu anda onaylanmış tüm CD19'a yönelik ve BCMA hedefli CAR-T hücre tedavileri için ciddi bir T hücresi malignitesi riskini vurgulayan kutulu bir uyarının gerekli olduğu sonucuna varmıştır37. Bununla birlikte, CAR-T tedavisinin uzun vadeli etkilerini takip eden geniş kohort çalışmaları, tedavi edilen hastalar arasında %3,8 ila %15 arasında değişen bir SPM insidansı bildirmektedir 26,27,28,38,39. İnsidans, geleneksel sistematik tedavi alan kan kanseri hastalarında gözlemlenenden önemli ölçüde daha yüksek değildir40,41, bu da CAR-T hücre tedavisi için nispeten güvenli bir profil olduğunu düşündürmektedir. Bununla birlikte, daha uygun maliyetli yaklaşımlarla SPM riskini en aza indiren güvenli ve etkili CAR-T hücrelerinin geliştirilmesine acil bir ihtiyaç vardır.
Burada, CAR-T hücreleri oluşturmak için viral olmayan, entegre olmayan bir yaklaşım için ayrıntılı bir protokol açıklıyoruz. Amaç, geçici CAR ekspresyonu ile küçük ölçekli, etkili CAR-T hücreleri oluşturmak için basit, adım adım bir kılavuz sağlamak, böylece insersiyonel mutajenezi önlemek ve SPM riskini en aza indirmektir. TAA HER2'ye özgü bir CAR'ı kodlayan modifiye mRNA ile T hücrelerinin elektroporasyonunun, T hücresi yüzeyinde anti-HER2 CAR'ın sağlam ve geçici ekspresyonu ile sonuçlandığını gösterdik. CAR'ı eksprese ederken, T hücreleri HER2 pozitif tümör hücrelerini güçlü bir şekilde öldürdü ve yüksek düzeyde IFN-Υ salgıladı. Protokol, CAR mRNA'nın hazırlanmasını, T hücresinin aktivasyonunu ve elektroporasyonunu, CAR ekspresyonunun değerlendirilmesini ve CAR-T hücre fonksiyonunun analizini içeren dört ayrı ancak sürekli bölümde açıklanmaktadır. Bu yaklaşım, hem akademik araştırma hem de klinik hücre tedavileri için geçici CAR-T hücrelerinin geliştirilmesi ve üretilmesi için uygundur.