CAR-T-Zellen


Als ein weiterer Baustein der immunonkologischen Therapien könnte die CAR-T-Zelltherapie die Krebsbehandlung revolutionieren.1,2,3,4,5,6 Dieses neuartige Behandlungsverfahren nutzt gentechnisch veränderte T-Zellen des an Krebs erkrankten Menschen, um die Tumorzellen anzugreifen und zu vernichten. Da es sich hier um eine „lebende Krebstherapie“ handelt, denn die CAR-T-Zellen vermehren sich im Körper wie andere Zellen, ist nur eine einzige Behandlung erforderlich.

Bei der CAR-T-Zelltherapie binden chimäre Antigenrezeptoren an Tumorantigene und leiten so die Zerstörung der Tumorzellen ein.

CAR-T-Zellen binden an ihre Targets auf einer Tumorzelle

T-Zellen als wichtiger Teil der erworbenen Immunantwort

Als bedeutender Bestandteil des erworbenen Immunsystems spielen T-Zellen eine wichtige Rolle bei der Eliminierung von Tumorzellen. Mit ihrem T-Zell-Rezeptor (TZR), einem Antigenrezeptor auf ihrer Oberfläche, können die T-Zellen neben Antigenen von Krankheitserregern auch Antigene von Tumorzellen (tumorassoziierte Antigene, TAA) erkennen, die von MHC-(major histocompatibility complex) bzw. HLA-(human leukocyte antigen-) Molekülen präsentiert werden (MHC- bzw. HLA-Restriktion). Wenn die T-Zelle mit ihrem TZR an den HLA-Protein-Komplex bindet, wird die T-Zelle aktiviert und setzt die Zerstörung der Tumorzelle in Gang.7,8 Viele Tumoren verfügen jedoch über Strategien, mit denen sie der T-Zell-vermittelten Immunreaktion entgehen: Zum Beispiel exprimieren ihre Zellen keine MHC-(HLA-) Moleküle oder keine tumorassoziierten Antigene, sodass die T-Zellen die Tumorzellen nicht erkennen.9,10

CAR-T-Zellen sind maßgeschneiderte T-Zellen

CAR-T-Zellen sind eigene T-Zellen des an Krebs erkrankten Patienten, die außerhalb des Körpers gentechnisch verändert und mit einem künstlichen Rezeptor für ein ausgewähltes Antigen, dem chimären Antigenrezeptor (CAR), ausgestattet werden.5 Mit diesem Rezeptor spüren sie die Tumorzellen im Körper auf, docken an das entsprechende Tumorantigen und zerstören die Tumorzelle.

Der chimäre Antigenrezeptor (CAR)

CAR-T-Zellen sind gentechnisch modifizierte T-Zellen, die ein Hybridprotein aus dem antigenbindenden Fragment scFv eines Antikörpers (extrazelluläre Domäne) und der CD3 zeta des T-Zellrezeptors (TCR) sowie einer weiteren kostimulatorischen Domäne (intrazelluläre Domäne) ausbilden

Aufbau eines chimären Antigenrezeptors (CAR)

Der chimäre Antigen-Rezeptor (CAR) ist ein Hybridprotein, das gentechnisch erzeugt wird. Es besteht aus mehreren Domänen:5

  • extrazelluläre antigenerkennende Domäne, die dem antigenbindenden Teil eines monoklonalen Antikörpers (single chain variable fragment (scFv)) entspricht
  • Transmembrandomäne
  • intrazelluläre Domäne
    • für die Aktivierung der Signaltransduktion zur T-Zell-Aktivierung (CD3ζ)
    • kostimulatorische Domäne, z. B. CD28 oder 4-1BB, die neben einer verbesserten T-Zell-Aktivierung auch zum längeren Überleben und effektiverer Vermehrung der CAR-T-Zellen im Körper des Patienten führen.5

Evolution der CAR-T-Zelltherapie

Der Zeitstrahl zeigt die Entwicklung der CAR-T-Zelltherapie im zeitlichen Zusammenhang bis hin zur ersten Zulassung einer CAR-T-Zelltherapie durch die FDA in den USA.

Evolution der CAR-T-Zelltherapie; modifiziert nach11

Herstellung von CAR-T-Zellen

Die Herstellung von CAR-T-Zellen ist komplex und zeitaufwendig. Das Verfahren unterliegt intensiver Kontrolle und strengen Qualitätsstandards.5,12,13

Die Herstellung von CAR-T-Zellen ist komplex und zeitaufwendig. Das Verfahren unterliegt intensiver Kontrolle und strengen Qualitätsstandards.

Herstellung von CAR-T-Zellen; modifiziert nach13

  • Blutentnahme und Separation der T-Zellen: Zuerst wird dem Krebspatienten Blut entnommen. Daraus werden die Leukozyten mittels Leukapherese abgetrennt und anschließend die T-Zellen separiert. Eine weitere Differenzierung in T-Zell-Subgruppen ist möglich.5,13
  • Genetische Veränderung durch Transduktion: Die geernteten T-Zellen werden genetisch verändert, meist mit Hilfe viraler Vektoren – γ-Retroviren oder Lentiviren, die die genetische Information für den CAR in das Genom der T-Zellen übertragen. Die genetische Sequenz des CAR wird stabil in das Genom der T-Zelle eingebaut. Bei jeder Teilung wird so die Information für den CAR an die T-Zellen der nächsten Generation weitergegeben.5,13
  • Aktivierung der CAR-T-Zellen: Sie ist für die Expansion (Vermehrung) der CAR-T-Zellen außerhalb des Körpers erforderlich und erfolgt über ein primäres Signal am T-Zell-Rezeptor und kostimulatorische Signale. Zur Aktivierung werden verschiedene Reagenzien (z. B. Antikörper gegen CD3), aber auch antigenpräsentierende Zellen sowie künstliche antigenpräsentierende Zellen verwendet.5,13
  • Expansion, Konservierung und Transport der CAR-T-Zellen: Nach Herstellung der patientenspezifischen CAR-T-Zellen werden diese vermehrt. Anschließend erfolgen die (Kryo)konservierung und der Transport der gefrorenen Zellen in das Behandlungszentrum, wo sie aufgetaut und dem Patienten nach einer vorbereitenden Lymphodepletion alseinmalige Infusion verabreicht werden.5,13 Bevor die Freigabe der patientenspezifischen CAR-T-Zellen erfolgt, durchlaufen sie vielfältige Tests zur Qualitätssicherung.14
  • Qualitätskontrolle: Die Qualität von CAR-T-Zell-Produkten muss sehr sorgfältig überwacht werden und die aufwendige Qualitätskontrolle betrifft nahezu alle Schritte des Herstellungsprozesses.13,15

Zielantigene für CAR-T-Zellen

Bislang werden CAR-T-Zellen bei lymphatischen Neoplasien eingesetzt, und zwar bei Patienten, die nicht auf die derzeit verfügbaren Therapien (inklusive einer Stammzelltransplantation) ansprechen oder unter Therapie einen Rückfall erleiden. Zugelassen sind bisher zwei CAR-T-Zell-Produkte, die gegen CD19, ein Lymphozytenantigen auf B-Zellen, gerichtet sind.16 Es sind jedoch über 300 Studien (Stand 2019) aktiv, in denen CAR-T-Zellen bei verschiedenen hämatologischen Neoplasien und auch soliden Tumoren untersucht werden.15

Mögliche Zielantigene für CAR-T-Zellen neben CD19 sind je nach der entsprechenden Indikation unter anderem BCMA, CD20, CD22, CD30, CD33, CD138, CD171, CEA, epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor EFGRvIII, ErbB, FAP, GD2, Glypican 3, Her 2, Mesothelin und NKG2D.13,17

Im Bereich der soliden Tumoren ist die CAR-T-Zelltherapie bislang noch wenig erfolgreich. Der Mangel eindeutiger Zielantigene, der schwierige Transport der CAR-T-Zellen zum und in den Tumor und das hochgradig immunsuppressive Tumor-Mikromilieu stellen derzeit noch Haupthindernisse dar. Für den Einsatz bei soliden Tumoren benötigen die CAR-T-Zellen der nächsten Generationen potentere Antitumor-Eigenschaften, die möglicherweise durch die Auswahl der kostimulatorischen Domänen erreicht werden können. Auch die Kombination mit z. B. Checkpoint-Inhibitoren hat sich in der Präklinik als vielversprechend gezeigt4,18,19

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