– Зелиг показал, что антитело и Т-лимфоцит можно объединить, чтобы указать конкретную цель, – объясняет Хву. – Оставался один вопрос: можно ли заставить их атаковать раковые клетки?
У Хву уже был неплохой опыт добавления генов в Т-лимфоциты.
– В девяностых это было очень трудно, – вспоминает Хву. До тех пор, пока не был изобретен метод использования ретровирусов для доставки – а потом, уже позже, CRISPR, – их работа заключалась в том, что они вставляли в Т-лимфоциты маленькие иголочки и делали микроинъекции, по одной за раз. – Мы с Зелигом немало времени провели вместе. Иной раз задерживались в лаборатории на всю ночь.
Работа основывалась на T-теле Эшхара: с помощью генной инженерии T-лимфоцитам заменяли рецепторы и заставляли их атаковать другие клетки3. На это ушли годы, работало все не очень хорошо, но все же работало, и в последовавшей научной статье было озвучено название CAR-T и некоторые заманчивые возможности новой технологии. Они успешно сумели заменить «руль» T-лимфоцита и, соответственно, могли влиять на то, куда направится клетка. И, что самое главное, они сумели указать в качестве цели для T-лимфоцита конкретную раковую опухоль.
Первые модифицированные Т-клетки жили слишком недолго, чтобы успеть размножиться и убить рак.
Одна из причин, по которой эти ранние CAR-T не стали эффективной противораковой терапией, заключается в том, что они были в буквальном смысле «телегами»[6], которые плохо ехали; модифицированные T-клетки жили слишком недолго, чтобы успеть размножиться или закончить свою работу и убить рак. Работа доктора Мишеля Саделена, ученого из Мемориального онкологического центра имени Слоуна-Кеттеринга, дала очень хитрый «обходной путь» для этой и нескольких других конструктивных проблем, создав по-настоящему «живое лекарство». Кроме того, Саделен дал своему новому химерному антигенному рецептору новую цель – белок под названием CD19, встречающийся на поверхности некоторых клеток рака крови. Результатом стало элегантное, стильное и самовоспроизводящееся второе поколение «машин»[7], у которых было и много топлива, и важный пункт назначения4. Группа Саделена поделилась секвенцией своего нового CAR второго поколения с группой доктора Розенберга в Национальном онкологическом институте, а также с главой лаборатории, располагавшейся в 150 милях к северу от Бетесды, которую возглавлял ученый и врач из Пенсильванского университета, доктор Карл Джун. Тот позаимствовал эту и другие идеи5 и прибавил к ним свои собственные.
Уже три группы продвигались к тому, чтобы довести эту невероятно сложную и мощную экспериментальную противораковую терапию до первых испытаний на людях. В каком-то смысле их работы неразделимы; иногда они даже работали вместе. Но для большинства в мире именно клинические испытания, проведенные командой Джуна, стали первым знакомством с нашим дивным новым будущим – CAR-T.
Технология помещения генов в клетки прошла большой путь с тех пор, как Хву начал свои ручные инъекции. «Прорабом» модернизированного конвейера по сбору новых CAR стала переделанная оболочка вируса, вызывавшего СПИД. Вместо того чтобы доставлять болезнь, перепрофилированный вирус «заражал» Т-лимфоцит пациента новыми генетическими инструкциями, которые заставляли его вырабатывать новый вид ТКР, нацеливающийся только на белок6, который встречается на поверхности B-лимфоцитов, пораженных самой распространенной формой детской лейкемии – острого лимфобластного лейкоза (ОЛЛ)7.
Современная технология помещения генов в клетки основана на использовании оболочек вируса, вызывающего СПИД, как машины, доставляющей в клетки новые генетические инструкции.
Вирус ВИЧ особенно хорошо подходит для этой работы, потому что, как и лейкемия, СПИД – это заболевание иммунной системы. Вирус иммунодефицита человека атакует и заражает Т-лимфоциты – если конкретно, Т-хелперы, клетки, которые руководят иммунной реакцией на болезни, словно квотербеки, объявляющие комбинации. Вирус лишает их способности выполнять эту работу, отключая тем самым адаптивный иммунитет в организме и вызывая болезнь, которую мы знаем под названием «синдром приобретенного иммунодефицита» – СПИД.
В девяностых Джун был сертифицированным специалистом по лейкемии, который своими глазами видел потрясающе эффективную генетическую систему доставки вируса ВИЧ в Национальных институтах здравоохранения, где работал над экспериментальным CAR-подобным методом лечения, который направлял T-киллеры на охоту за инфицированными T-хелперами у больных СПИДом пациентов8. Еще он разработал методики выращивания T-лимфоцитов, взятых у доноров-людей, которые были достаточно стойкими, чтобы жить десятилетиями. Первое клиническое испытание химерных антигенных рецепторов на людях провели именно в качестве терапии для ВИЧ. Данные первых стадий выглядели хорошо, но еще до того, как работа закончилась, надобность в ней отпала, потому что в 1997 году разработали первые ингибиторы протеазы, лекарства, которые не давали вирусу ВИЧ размножаться. Буквально за одну ночь эти лекарства изменили прогноз для миллионов людей, а также направление карьеры Джуна. Он перенес свою работу и практику в лабораторию Пенсильванского университета и Филадельфийский педиатрический госпиталь и сосредоточился на другой болезни, которая имела для него большое личное значение.
ВИЧ атакует и заражает Т-лимфоциты, которые руководят иммунной реакцией на болезни, тем самым отключая адаптивный иммунитет.
В 1996 году у жены Джуна Синтии диагностировали рак яичника. Когда традиционные терапии Синди не помогли, доктор Джун обратился к иммунотерапевтическим подходам, которые тогда еще находились в зачаточном состоянии, и синтезировал в своей лаборатории модифицированную версию иммунотерапевтической вакцины из другой лаборатории, которая считалась перспективной. Она называлась GVAX9.
– Я даже не представлял, как трудно превратить лабораторный эксперимент в клиническое испытание, – рассказывает Джун. Ему казалось, что GVAX – это терапия, опередившая свое время, а его жена хорошо на нее реагирует. Но, как и в случае со всеми вакцинами от рака тех времен, эффект долго не продлился. Джун заподозрил, что опухоли каким-то образом отключают иммунную реакцию.
– Я знал о работах Джима Эллисона, – вспоминает он. – Я знал, что его антитело помогает иммунотерапии лучше работать на мышах, так что соединить два средства казалось очевидным решением.
Джун несколько раз запрашивал доступ к драгоценным антителам к CTLA-4 у производителя, но так и не получил его. «Я был разочарован», – вспоминает он. Синди Джун умерла в 2001 году в возрасте сорока шести лет. Джун направил горе из-за смерти матери троих их детей в свою работу и полностью сосредоточился на CAR-терапии для рака10.
Доктор Джун имел личные мотивы для борьбы с раком. Его жена, мать их троих детей, умерла от онкологии в возрасте 46 лет.
Через девять лет она была готова. Одной из первых, кто попробовал ее, стала Эмили Уайтхед, 6-летняя девочка с острым лимфобластным лейкозом, у которой не осталось больше вариантов. Восемьдесят пять процентов детей с ОЛЛ хорошо реагируют на традиционную терапию; Эмили оказалась среди тех пятнадцати процентов, которым суждено было прожить недолго.
Эмили вытерпела уже двадцать месяцев химиотерапии. Лечение продлило ей жизнь всего на несколько недель11. Число раковых клеток в крови удваивалось каждый день, и пересадка костного мозга уже не была вариантом. Наконец родителям Эмили, Том и Кари, сказали, что их дочь, скорее всего, не доживет до конца года. Онколог предложил им поместить дочь в хоспис. Предложение привело их в такой ужас, что их следующее решение оказалось вполне понятным12. Когда команда из Пенсильванского университета получила одобрение для испытаний на людях в 2010 году, у них не было никаких иллюзий по поводу риска и того, что стоит на кону для их первого экспериментального пациента-ребенка.
Вирусы находятся на самом краю нашего определения «жизни». Они не состоят из клеток – это просто гены на ножках, окруженные белковой оболочкой13. Они не могут размножаться самостоятельно – это за них делают большие, более сложные клетки, которые они заражают и заставляют перерабатывать свои генетические «чертежи». Вирус ВИЧ заражает человеческие T-лимфоциты, вставляя в них свою ДНК. ВИЧ просто поразительно эффективен в деле заражения лимфоцитов. Это сделало его идеальным переносчиком генетических чертежей CAR-T.
В лаборатории Джуна из вируса ВИЧ вынули всю «начинку» и вставили в него новые генетические инструкции. Затем его ввели в T-лимфоциты Эмили, тщательно выделенные из образца ее крови. И вместо того чтобы вставить в T-лимфоцит гены, которые вырабатывают новые копии вируса, генетические инструкции превратили T-киллера в программируемого клеточного убийцу.
Вирусы находятся на краю определения «жизни». Это просто гены на ножках, окруженные белковой оболочкой.
В случае с Эмили Уайтхед эти T-клетки запрограммировали на поиск белков CD19, отмечающих ее больные B-лимфоциты. У здоровых людей B-клетки играют важнейшую роль в функционировании иммунной системы; у пациентов вроде Эмили B-лимфоциты мутируют и становятся раковыми. (B-лимфоциты при выделении с помощью центрифуги выглядят белыми. Ученые взяли два греческих корня и назвали белые [лейк] кровяные клетки [циты] «лейкоцитами»; рак этих клеток мы называем «лейкемией».)
В предыдущие несколько недель в Филадельфийском педиатрическом госпитале у Эмили взяли кровь, обработали ее на центрифуге и выделили из нее T-лимфоциты. Затем T-лимфоциты заразили вирусом, который перепрограммировал T-клеточные рецепторы на поиск ее раковых клеток. Наконец через капельницу Эмили ввели раствор с ее перепрограммированными T-лимфоцитами CAR-191