26. September 2019 CAR-Design und Weiterentwicklungen der CAR-T-Zell-Therapie

„Das Ziel der CAR-T-Zell-Therapie auch nach 25 Jahren Forschung ist immer noch, Immunzellen des Patienten spezifisch gegen autologe Zellen wie beispielsweise Krebszellen zu richten, um diese zu eliminieren“, stellte Abken klar. Ein chimärer Antigen-Rezeptor (CAR) besteht aus der extrazellulären Bindedomäne, die über einen Linker mit verschiedenen intrazellulären Signaldomänen verbunden ist. CARs der 1. Generation enthalten als Signaldomäne nur die CD3ζ-Kette des T-Zell-Rezeptor (TCR)-Komplexes. Da eine T-Zelle zur vollen Aktivierung neben dem ersten Signal durch den TCR-Komplex ein kostimulierendes Signal braucht, enthalten CARs der 2. Generation zusätzlich eine weitere Signaldomäne wie CD28, OX40 oder 4-1BB. Bei CARs der 3. Generation werden mehrere kostimulierende Domänen kombiniert (CD28 + OX40 oder 4-1BB). Diesen Ansatz hält Abken für durchaus sinnvoll, da CAR-T-Zellen durch wiederholte Simulation zu T-Zellen konvertieren, die den Chemokin-Rezeptor CCR7 nicht exprimieren. Diese CCR7-negativen T-Zellen mit einem CD28-CAR sind anfälliger für Apoptose. Dem kann durch CD28-OX40-Kostimulation entgegengewirkt werden.  

10-20% der pädiatrischen Leukämie-Patienten, die auf eine Anti-CD19-CAR-T-Zell-Therapie angesprochen hatten, entwickeln ein Rezidiv, da es durch Mutationen im CD19-Gen und alternatives Spleißen der CD19-mRNA zum Epitopverlust kommt (1). Um die Resistenz gegenüber CAR-T-Zellen zu umgehen, können CAR-T-Zellen eingesetzt werden, die gegen 2 Antigene gerichtet sind wie z.B. T-Zellen, die einen Anti-CD19- und einen Anti-CD20-CAR exprimieren oder einen bispezifischen CAR mit Bindedomänen gegen CD19 und CD20. T-Zellen mit einem anti-CD20-CD19 bispezifischen CAR eliminierten CLL-Zellen von Patienten in vitro und CD19+ CD20+/CD20- ALL-Patientenzellen aus dem Blut und Knochenmark transplantierter Mäuse (2).

Neben dem Verlust des Antigens auf Tumorzellen ist ein weiteres Problem für das CAR-Design, dass v.a. solide Tumoren sehr heterogen sind, was die Expression von Antigenen angeht, gegen die der CAR gerichtet werden soll. Außerdem werden sog. Tumor-assoziierte Antigene nicht exklusiv von Tumorzellen, sondern auch von gesundem Gewebe exprimiert, gab Abken zu bedenken. Um CARs selektiver für Tumorgewebe zu machen, können neben CARs, die gegen das eine oder das andere Antigen gerichtet sind, auch CARs entwickelt werden, die nur gegen solche Zellen gerichtet sind, die beide Antigene gleichzeitig exprimieren. Bei sog. komplementären CARs, die gegen 2 unterschiedliche Antigene gerichtet sind, enthält der eine CAR die CD3-Domäne und der zweite CAR die kostimulierende Domäne. Zur verstärkten T-Zell-Aktivierung kommt es also nur, wenn die CAR-T-Zelle, die beide CARs exprimiert, an beide Antigene bindet, die vom Tumor exprimiert werden. In gesundem Gewebe, in dem nicht beide Antigene gleichzeitig exprimiert werden, bindet die CAR-T-Zelle daher entweder nur über den CAR, der die CD3-Domäne enthält, was nur zu einer schwachen T-Zell-Aktivierung führt, oder über den CAR, der nur die kostimulierende Domäne enthält, wodurch kein Signaling ausgelöst wird.

Abken stellte einen weiteren Ansatz vor, um heterogene Tumoren zu attackieren: die Aktivierung von Zellen des angeborenen Immunsystems durch CAR-T-Zellen. Die CAR-T-Zellen erkennen ihr Ziel-Antigen auf den Tumorzellen und setzen daraufhin ein Zytokin frei (z.B. IL-12 oder IL-18), das Zellen des angeborenen Immunsystems anlockt und aktiviert, welche dann die Tumorzellen attackieren, die nicht von den CAR-T-Zellen erkannt wurden. Diese CAR-T-Zellen der 4. Generation werden TRUCKs genannt: T cells redirected for antigen-unrestricted cytokine-initiated killing. Auch hier gibt es interessante Weiterentwicklungen, um z.B. die Repression der CAR-T-Zellproliferation durch den Wachstumsfaktor TGF-β, der in Tumorgewebe akkumuliert, zu überwinden. Die TGF-β-Resistenz wird durch IL-2 vermittelt, welches durch IL-7 ersetzt werden kann. Ein TRUCK mit induzierbarer Freisetzung von IL-7 und einem artifiziellen IL-7R/IL-2Rβ-Rezeptor verleiht den CAR-T-Zellen Resistenz gegenüber TGF-β, sodass diese T-Zellen in TGF-β-positiven Tumoren aktiv bleiben (3).