1989, två studenter vid Fria universitetet i Bryssel ombads att testa fruset blodserum från kameler, och snubblat på en tidigare okänd typ av antikropp. Det var en miniatyriserad version av en mänsklig antikropp, består endast av två tunga proteinkedjor, snarare än två lätta och två tunga kedjor. Som de till slut rapporterade, antikropparnas närvaro bekräftades inte bara hos kameler, men även i lamor och alpackor.

Spola framåt 30 år. I journalen PNAS Denna vecka, forskare vid Boston Children's Hospital och MIT visar att dessa miniantikroppar, krympte ytterligare för att skapa så kallade nanokroppar, kan hjälpa till att lösa ett problem inom cancerområdet:att få CAR T-cellsterapier att fungera i solida tumörer.

Mycket lovande för blodcancer, chimär antigenreceptor (CAR) T-cellsterapi genmanipulerar en patients egna T-celler för att göra dem bättre på att attackera cancerceller. Dana-Farber/Boston Children's Cancer and Blood Disorders Center använder för närvarande CAR T-cellsterapi för återfallande akut lymfatisk leukemi (ALL), till exempel.

Men CAR T-celler har inte varit bra på att eliminera solida tumörer. Det har varit svårt att hitta cancerspecifika proteiner på solida tumörer som kan fungera som säkra mål. Fasta tumörer skyddas också av en extracellulär matris, en stödjande väv av proteiner som fungerar som en barriär, samt immunsuppressiva molekyler som försvagar T-cellsattacken.

Att tänka om CAR T-celler

Det är där nanokroppar kommer in. I två decennier, de förblev till stor del i händerna på det belgiska laget. Men det ändrades efter att patentet gick ut 2013.

"Många människor kom in i spelet och började uppskatta nanokroppars unika egenskaper, säger Hidde Ploegh, Ph.D., en immunolog i programmet i cellulär och molekylär medicin vid Boston Children's och senior utredare på PNAS studie.

En användbar egenskap är deras förbättrade inriktningsförmåga. Ploegh och hans team på Boston Children's, i samarbete med Noo Jalikhani, Ph.D., och Richard Hynes, Ph.D. vid MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research, har utnyttjat nanokroppar för att bära avbildningsmedel, möjliggör exakt visualisering av metastaserande cancer.

Hynes-teamet riktade nanokropparna till tumörernas extracellulära matris, eller ECM – riktar avbildningsmedel inte mot själva cancercellerna, men på miljön som omger dem. Sådana markörer är vanliga för många tumörer, men förekommer vanligtvis inte på normala celler.

"Vårt labb och Hynes-labbet är bland de få som aktivt driver detta tillvägagångssätt för att rikta in sig på tumörens mikromiljö, " säger Ploegh. "De flesta labb letar efter tumörspecifika antigener."

Inriktning på tumörskyddare

Ploeghs labb tog denna idé till CAR T-cellsterapi. Hans lag, inklusive medlemmar av Hynes lab, tog sikte på just de faktorer som gör solida tumörer svåra att behandla.

CAR T-cellerna de skapade var översållade med nanokroppar som känner igen specifika proteiner i tumörmiljön, bärande signaler som leder dem att döda alla celler som de är bundna till. Ett protein, EIIIB, en variant av fibronektin, finns endast på nybildade blodkärl som förser tumörer med näringsämnen. Annan, PD-L1, är ett immunsuppressivt protein som de flesta cancerformer använder för att tysta närmande T-celler.

Biokemist Jessica Ingram, Ph.D. från Dana-Farber Cancer Institute, Ploeghs partner och en medförfattare på tidningen, ledde tillverkningsledningen. Hon skulle köra till Amherst, Massa., att samla T-celler från två alpackor, Bryson och Sanchez, injicera dem med antigenet av intresse och skörda deras blod för vidare bearbetning tillbaka i Boston för att generera miniantikroppar.

Ta ner melanom och tjocktarmscancer

Testad i två separata melanommusmodeller, samt en kolonadenokarcinommodell hos möss, de nanokroppsbaserade CAR T-cellerna dödade tumörceller, avsevärt saktade tumörtillväxten och förbättrade djurens överlevnad, utan uppenbara biverkningar.

Ploegh tror att de konstruerade T-cellerna fungerar genom en kombination av faktorer. De orsakade skada på tumörvävnad, som tenderar att stimulera inflammatoriska immunsvar. Inriktning mot EIIIB kan skada blodkärlen på ett sätt som minskar blodtillförseln till tumörer, samtidigt som de gör dem mer genomsläppliga för cancerläkemedel.

"Om du förstör den lokala blodtillförseln och orsakar vaskulärt läckage, du kanske kan förbättra leveransen av andra saker som kan ha svårare att komma in, " säger Ploegh. "Jag tycker att vi ska se på det här som en del av en kombinationsterapi."

Framtida inriktningar

Ploegh tror att hans teams tillvägagångssätt kan vara användbart i många solida tumörer. Han är särskilt intresserad av att testa nanokroppsbaserade CAR T-celler i modeller av pankreascancer och kolangiokarcinom, en gallgångscancer som Ingram dog av 2018.

Tekniken i sig kan drivas ännu längre, säger Ploegh.

"Nanobodies could potentially carry a cytokine to boost the immune response to the tumor, toxic molecules that kill tumor and radioisotopes to irradiate the tumor at close range, " he says. "CAR T cells are the battering ram that would come in to open the door; the other elements would finish the job. I teorin, you could equip a single T cell with multiple chimeric antigen receptors and achieve even more precision. That's something we would like to pursue."

Yushu Joy Xie, a graduate student in Boston Children's Program in Cellular and Molecular Medicine and MIT's Koch Institute, was first author on the paper. Supporters include the Lustgarten Foundation, National Science Foundation, National Institutes of Health, the American Gastroenterological Association, the Howard Hughes Medical Institute Department of Defense and the National Cancer Institute. See the paper for details on authors and funders.