DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46343-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38429294
تاريخ النشر: 2024-03-01
المؤلف: Kyle B. Lupo وآخرون
الموضوع الرئيسي: وظيفة وتفاعل خلايا المناعة
نظرة عامة
يتناول هذا القسم من ورقة البحث الاستخدام المبتكر لخلايا القاتل الطبيعي المستمدة من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (NK المشتقة من iPSC) المستندة إلى هندسة synNotch لاستهداف الآليات المثبطة للمناعة في الورم الدبقي، مع التركيز بشكل خاص على محور TIGIT/CD155 وCD73. يبرز المؤلفون التحديات التي تطرحها تباين الورم الدبقي وعدم فعالية العلاجات الأحادية التي تستهدف TIGIT. يقترحون أن استراتيجية الاستهداف المزدوج، التي تتضمن الاستيلاء على تفاعل TIGIT/CD155 وحجب CD73، يمكن أن تعزز فعالية الخلايا القاتلة الطبيعية ضد الورم. تؤدي هذه الطريقة إلى تعطيل موضعي لإنتاج الأدينوزين المثبط للمناعة، مما يعزز تنشيط الخلايا القاتلة الطبيعية ووظيفتها.
تشير النتائج إلى أن الخلايا القاتلة الطبيعية المهندسة لا تحسن فقط نشاطها السيتوليتي ضد الورم الدبقي، بل تعيد برمجة البيئة الدقيقة للورم من خلال تجنيد خلايا T وتقليل أعداد البلعميات M2. تستنتج الدراسة أن استهداف كل من TIGIT/CD155 وCD73 يمثل استراتيجية علاجية واعدة للورم الدبقي، مما يضع خلايا NK المهندسة بواسطة synNotch كخيار علاج متبرع قوي يمكن أن يتجاوز قيود العلاجات المناعية والعلاج الكيميائي الحالية في تحسين نتائج المرضى.
الطرق
اتبعت الطرق المستخدمة في هذه الدراسة اللوائح الأخلاقية وحصلت على موافقة من لجنة رعاية واستخدام الحيوانات بجامعة بوردو. استخدمت التجارب نماذج فئران مختلفة، بما في ذلك C57BL/6، NOD.Cg-Prkdc scid IL2rg tm1Wji /SzJ (NSG)، وNOD.Cg-Prkdc em26Cd52 IL-2 em26Cd22 /NjuCrl (NCG)، والتي تم الحفاظ عليها في ظروف بيئية محكومة (دورة ضوء/ظلام 12 ساعة، 18-23 درجة مئوية، رطوبة 40-60%).
تضمن التصميم التجريبي عدة تجارب مستقلة (n = 3) لتقييم استجابات المناعة المختلفة. على وجه التحديد، قيست تعبير CD107a في خلايا القاتل الطبيعي المستحثة (iNK) بعد 4 ساعات من التشارك مع خلايا الهدف GBM43 من النوع البري (WT)، بالإضافة إلى قياس تعبير إنترفيرون غاما (IFN-γ) وعامل نخر الورم ألفا (TNF-α) بعد فترات مشابهة من التشارك. تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام اختبارات t ذات طرفين غير متطابقة متعددة، وتم تقديم النتائج كقيم متوسطة مع خطأ معياري للمتوسط (SEM). البيانات المصدر متاحة في ملف إضافي.
النتائج
تشير النتائج إلى أن CD155 (PVR) وCD73 (NT5E) مرتفعة بشكل كبير في الورم الدبقي (GBM) مقارنةً بالأنسجة الدماغية الطبيعية، حيث تعتبر تعبيرهما المشترك عامل تنبؤ سلبي لنتائج المرضى. كشفت تحليل بيانات أطلس جينوم السرطان (TCGA) عن وجود ارتباط معتدل بين مستويات تعبير CD155 وCD73 في GBM، بينما لم يُلاحظ أي ارتباط في الأنسجة الدماغية الطبيعية. أكدت صبغات المناعية الفلورية زيادة تعبير هذه العلامات في عينات GBM، وأظهرت مخططات فين أن حوالي نصف عينات مرضى GBM التي تم تحليلها أظهرت تعبيرًا مشتركًا لكلا المستضدين، مما يشير إلى أن الاستهداف المزدوج لـ CD155 وCD73 قد يكون استراتيجية قابلة للتطبيق للعلاج المناعي.
أظهرت التحقيقات الإضافية في خطوط خلايا GBM أن خط خلايا GBM43 WT يعبر عن مستويات عالية من كل من CD155 وCD73. تم استخدام تحرير الجينات CRISPR لإنشاء خطوط knockout (KO) لـ CD155 وCD73 وكلاهما، محققًا نقاء knockout يزيد عن 99%. كشفت اختبارات التكاثر أن knockout لـ CD73، بغض النظر عن حالة CD155، عزز تكاثر خلايا GBM43، بينما لم يؤثر knockout لـ CD155 بمفرده بشكل كبير على تكاثر الخلايا. تؤكد هذه النتائج على إمكانية استهداف CD155 وCD73 في استراتيجيات علاج GBM.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تطوير وفعالية خلايا القاتل الطبيعي المستمدة من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSC) المستهدفة لـ CD155 وCD73 في علاج الورم الدبقي (GBM). تستخدم خلايا iNK المهندسة نظام إشارة synNotch لاستهداف هذه الروابط المثبطة للمناعة، التي يتم التعبير عنها بشكل مفرط في GBM وتساهم في تقدم الورم. توضح الدراسة أن هذه الخلايا المهندسة تحافظ على خصائص فينوتيب مشابهة لخلايا iNK غير المهندسة طوال عملية التمايز والتوسع، بينما تظهر نشاطًا سيتوليتيًا معززًا ضد خلايا GBM التي تعبر عن كل من CD155 وCD73. كشفت اختبارات in vitro أن الحجب المزدوج لهذه الأهداف حسّن بشكل كبير القدرة السيتوليتيكية لخلايا iNK مقارنةً بالنهج أحادي الهدف، مما يشير إلى ضرورة الاستهداف المتزامن لتحقيق فعالية علاجية مثلى.
عززت التجارب in vivo باستخدام نماذج فئران مناعية كفؤة الإمكانية العلاجية لخلايا iNK المهندسة TIGIT.SynNotch.aCD73. أدى العلاج بهذه الخلايا إلى تقليل ملحوظ في نمو الورم وتحسين معدلات البقاء على قيد الحياة مقارنةً بالمجموعة الضابطة، مع زيادة تسلل خلايا NK وT المنشطة التي لوحظت في البيئة الدقيقة للورم. تؤكد الدراسة على أهمية بناء synNotch في تسهيل تنشيط المناعة المحلي مع تقليل التأثيرات غير المستهدفة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن هذه الطريقة المبتكرة لاستهداف CD155 وCD73 عبر خلايا iNK المهندسة وراثيًا قد تمثل استراتيجية واعدة لتعزيز الاستجابات المضادة للورم في GBM، مع معالجة التحديات التي تطرحها البيئة المثبطة للمناعة للورم.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46343-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38429294
Publication Date: 2024-03-01
Author(s): Kyle B. Lupo et al.
Primary Topic: Immune Cell Function and Interaction
Overview
This research paper section discusses the innovative use of synNotch-engineered induced pluripotent stem cell-derived natural killer (iPSC-derived NK) cells to target the immunosuppressive mechanisms in glioblastoma, specifically focusing on the TIGIT/CD155 axis and CD73. The authors highlight the challenges posed by the heterogeneity of glioblastoma and the ineffectiveness of monotherapies targeting TIGIT. They propose that a dual-targeting strategy, which involves usurping the TIGIT/CD155 interaction and blocking CD73, can enhance the anti-tumor efficacy of NK cells. This approach leads to a localized disruption of immunosuppressive adenosine production, thereby promoting NK cell activation and function.
The findings indicate that the engineered NK cells not only improve their cytolytic activity against glioblastoma but also reprogram the tumor microenvironment by recruiting T cells and reducing M2 macrophage populations. The study concludes that targeting both TIGIT/CD155 and CD73 represents a promising therapeutic strategy for glioblastoma, positioning synNotch-engineered NK cells as a potent allogeneic treatment option that could overcome the limitations of existing immunotherapies and chemotherapies in improving patient outcomes.
Methods
The methods employed in this study adhered to ethical regulations and received approval from the Purdue University Animal Care and Use Committee. The experiments utilized various mouse models, including C57BL/6, NOD.Cg-Prkdc scid IL2rg tm1Wji /SzJ (NSG), and NOD.Cg-Prkdc em26Cd52 IL-2 em26Cd22 /NjuCrl (NCG), which were maintained under controlled environmental conditions (12 h light/dark cycle, 18-23 °C, 40-60% humidity).
The experimental design included multiple independent trials (n = 3) to assess various immune responses. Specifically, the study measured CD107a expression in induced natural killer (iNK) cells after a 4-hour coculture with GBM43 wild-type (WT) target cells, as well as the expression of interferon-gamma (IFN-γ) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) following similar coculture durations. Statistical analyses were performed using multiple unpaired two-tailed t-tests, and results are presented as mean values with standard error of the mean (SEM). Source data are available in a supplementary file.
Results
The results indicate that CD155 (PVR) and CD73 (NT5E) are significantly upregulated in glioblastoma (GBM) compared to normal brain tissue, with their co-expression serving as a negative prognostic factor for patient outcomes. Analysis of The Cancer Genome Atlas (TCGA) data revealed a moderate correlation between the expression levels of CD155 and CD73 in GBM, while no correlation was observed in normal brain tissue. Immunofluorescent staining confirmed the upregulation of these markers in GBM samples, and Venn diagrams illustrated that approximately half of the analyzed GBM patient samples exhibited co-expression of both antigens, suggesting that dual-targeting of CD155 and CD73 may be a viable strategy for immunotherapy.
Further investigations into GBM cell lines demonstrated that the GBM43 WT cell line expressed high levels of both CD155 and CD73. CRISPR gene editing was employed to create knockout (KO) lines for CD155, CD73, and both, achieving over 99% knockout purity. Proliferation assays revealed that the knockout of CD73, regardless of CD155 status, enhanced the proliferation of GBM43 cells, whereas the knockout of CD155 alone did not significantly affect cell proliferation. These findings underscore the potential of targeting CD155 and CD73 in GBM treatment strategies.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the development and efficacy of engineered induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived natural killer (iNK) cells targeting CD155 and CD73 in glioblastoma (GBM) treatment. The engineered iNK cells utilize a synNotch signaling system to co-target these immunosuppressive ligands, which are overexpressed in GBM and contribute to tumor progression. The study demonstrates that these engineered cells maintain similar phenotypic characteristics to non-engineered iNK cells throughout differentiation and expansion, while exhibiting enhanced cytolytic activity against GBM cells expressing both CD155 and CD73. In vitro assays revealed that dual blockade of these targets significantly improved the lytic capacity of iNK cells compared to single-target approaches, indicating the necessity of simultaneous targeting for optimal therapeutic efficacy.
In vivo experiments using immunocompetent mouse models further validated the therapeutic potential of the TIGIT.SynNotch.aCD73 engineered iNK cells. Treatment with these cells resulted in a marked reduction in tumor growth and improved survival rates compared to controls, with increased infiltration of activated NK and T cells observed in the tumor microenvironment. The study underscores the importance of the synNotch construct in facilitating localized immune activation while minimizing off-target effects. Overall, the findings suggest that this innovative approach to dual-targeting CD155 and CD73 via genetically engineered iNK cells could represent a promising strategy for enhancing anti-tumor responses in GBM, addressing the challenges posed by the tumor’s immunosuppressive environment.