Ο ρόλος των ΝΚ κυττάρων στην οξεία μυελογενή λευχαιμία

Abstract

Acute myelogenous leukemia (AML) remains a formidable challenge, particularly for patients with recurrent or refractory disease, despite advances in chemotherapy and hematopoietic stem cell transplantation. Current treatments are often associated with severe toxicities and limited long-term success. Innovative cell-based immunotherapies, especially those utilizing natural killer (NK) cells, offer promising new avenues for enhancing therapeutic outcomes. NK cells possess inherent anti-leukemic properties and can be engineered to express chimeric antigen receptors (CARs), potentially boosting their efficacy against AML. In our study, we focused on improving the anti-AML activity and persistence of NK cells by engineering them to express CARs targeting the AML surface antigen CD123, along with interleukin (IL)-15 to enhance their longevity. Detailed in vitro and in vivo analyses revealed that NK cells expressing 2B4.ζ or 4-1BB.ζ signaling domains showed superior anti-AML activity. Notably, 2B4.ζ CAR-NK cells demonstrated enhanced in vivo efficacy compared to untransduced (UTD) and 4-1BB.ζ CAR-NK cells, although this benefit was transient due to limited cell persistence. To address this, we introduced secretory IL-15 (sIL-15) into 2B4.ζ CAR and UTD NK cells, which resulted in improved effector function and a maintained activated NK-cell phenotype during chronic antigen exposure. The transcriptomic analysis supported these findings, highlighting a highly proliferative and activated signature in these modified NK-cell populations. While 2B4.ζ/sIL-15 CAR-NK cells exhibited potent anti-AML activity in one xenograft model, they also induced severe toxicity in another model, underscoring the need for controllable cytokine expression systems. This research paves the way for developing more refined and controllable CAR-NK cell therapies, aiming to maximize therapeutic benefits while minimizing adverse effects, setting the stage for future clinical trials.

Η οξεία μυελογενής λευχαιμία (ΟΜΛ) είναι μια νόσος με πτωχή επιβίωση, ιδίως για τους ασθενείς με υποτροπιάζουσα ή ανθεκτική νόσο, παρά τις προόδους στη χημειοθεραπεία και τη μεταμόσχευση αιμοποιητικών βλαστικών κυττάρων. Οι τρέχουσες θεραπείες συχνά συνδέονται με σοβαρές τοξικότητες και περιορισμένη μακροχρόνια επιτυχία. Καινοτόμες κυτταρικές ανοσοθεραπείες, ιδίως αυτές που χρησιμοποιούν φυσικά φονικά (NK) κύτταρα, υπόσχονται τη βελτίωση των θεραπευτικών αποτελεσμάτων. Τα NK κύτταρα διαθέτουν εγγενείς αντι-λευχαιμικές ιδιότητες και μπορούν να τροποποιηθούν για να εκφράζουν χιμαιρικούς αντιγονικούς υποδοχείς (CARs), ενισχύοντας την αποτελεσματικότητά τους κατά της ΟΜΛ. Στην έρευνά μας, επικεντρωθήκαμε στη βελτίωση της δραστηριότητας κατά της ΟΜΛ και της επιβίωσης των NK κυττάρων με την γενετική τροποποίησή τους ώστε να εκφράζουν CARs που στοχεύουν το επιφανειακό αντιγόνο CD123 της ΟΜΛ, μαζί με την ιντερλευκίνη (IL)-15 για την αύξηση της επιβίωσης τους. In vitro και in vivo πειράματα έδειξαν ότι τα NK κύτταρα που εκφράζουν 2B4.ζ ή 4-1BB.ζ CARs έδειξαν καλύτερη αντικαρκινική δραστικότητα. Συγκεκριμένα, τα 2B4.ζ CAR-NK κύτταρα παρουσίασαν καλύτερη in vivo αποτελεσματικότητα σε σύγκριση με τα μη τροποποιημένα (UTD) και τα 4-1BB.ζ CAR-NK κύτταρα, αν και αυτό το όφελος ήταν προσωρινό λόγω περιορισμένης επιβίωσης των κυττάρων. Για να αντιμετωπίσουμε αυτό το πρόβλημα, εκφράσαμε την IL-15 (sIL-15) στα 2B4.ζ CAR και UTD NK κύτταρα, βελτιώνοντας την εκτελεστική λειτουργία και διατηρώντας ένα ενεργοποιημένο φαινότυπο των NK κυττάρων κατά τη διάρκεια χρόνιας διέγερσης με ΟΜΛ. Η αλληλούχιση RNA υποστήριξε αυτά τα ευρήματα, αναδεικνύοντας ένα ενεργοποιημένο μεταγραφικό τοπίο σε αυτούς τους τροποποιημένους πληθυσμούς NK κυττάρων. Ενώ τα 2B4.ζ/sIL-15 CAR-NK κύτταρα έδειξαν ισχυρή αντι-λευχαιμική δραστηριότητα σε ποντίκια, προκάλεσαν ταυτόχρονα σοβαρή τοξικότητα, υπογραμμίζοντας την ανάγκη για συστήματα ελέγξιμης έκφρασης κυτοκινών. Η έρευνά μας ανοίγει το δρόμο για την περαιτέρω ανάπτυξη ασφαλών θεραπειών με CAR-NK κύτταρα, με στόχο τη μεγιστοποίηση του θεραπευτικού οφέλους και την ελαχιστοποίηση των ανεπιθύμητων ενεργειών, προετοιμάζοντας το έδαφος για μελλοντικές κλινικές δοκιμές.