CAR-T-Zelltherapie Wissen – Herstellung und Wirkung von CAR-T-Zellen

Der CAR ist ein eigens für die CAR-T-Zelltherapie entwickeltes Fusionsprotein, das verschiedene Mechanismen der T-Zell-Aktivierung in einem Protein vereint. Über diesen CAR können CAR-T-Zellen Antigene erkennen und binden, woraufhin die Aktivierungskaskade in die CAR-T-Zelle hinein weitergeleitet wird. Der CAR besteht aus einer extrazellulären Antigen-bindenden Domäne, einer Transmembrandomäne und einer intrazellulären Domäne. Die extrazelluläre Domäne ist vom Single-chain variable fragment (scFv)-Segment der Antigen-Bindungsregion eines monoklonalen Antikörpers abgeleitet. Die intrazellulären Domänen besitzen Bestandteile des T-Zell-Rezeptors und vermitteln die Aktivierung der CAR-T-Zellfunktion.^[6]

 Dazu gehören die Aktivierungsdomäne CD3ζ, die bereits eine potente zytotoxische T-Zellantwort ermöglicht, sowie eine kostimulatorische Domäne.

Die mit dem CAR ausgestatteten T-Zellen sind vom Haupthistokompatibilitätskomplex (major histocompatibility complex, MHC)-Molekülen unabhängig, sie benötigen also für ihre Aktivierung – anders als physiologische T-Zellen – keine Prozessierung und Präsentation von Antigen auf der Oberfläche von antigenpräsentierenden Zellen.^[6]

 Die für CAR-T-Zellen der zweiten Generation charakteristische Kostimulation durch 4-1BB oder CD28 unterstützt die Aktivierung der CAR-T-Zellen. CAR-T-Zelltherapien der zweiten Generation zeichnen sich somit durch eine verstärkte T-Zellantwort und eine erhöhte Proliferation und Persistenz der Zellen gegenüber CAR-T-Zelltherapien der ersten Generation aus. ^[10–12]

Einzelnachweis 10Friedman KM, Garrett TE, Evans JW, et al. Effective Targeting of Multiple B-Cell Maturation Antigen-Expressing Hematological Malignances by Anti-B-Cell Maturation Antigen Chimeric Antigen Receptor T Cells. Hum Gene Ther. 2018;29(5):585-601. doi:10.1089/hum.2018.001

Einzelnachweis 11Madduri D, Dhodapkar MV, Lonial S, Jagannath S, Cho HJ. SOHO state of the art updates and next questions: T-cell-directed immune therapies for multiple myeloma: Chimeric antigen receptor-modified T cells and bispecific T-cell-engaging agents. Clin Lymphoma Myeloma Leuk. 2019;19(9):537-544. doi:10.1016/j.clml.2019.08.002

Einzelnachweis 12Zhang C, Liu J, Zhong JF, Zhang X. Engineering CAR-T cells. Biomark Res. 2017;5:22. doi:10.1186/s40364-017-0102-y

Die Verwendung unterschiedlicher kostimulatorischer Domänen kann das Verhalten von CAR-T-Zellen unterschiedlich beeinflussen. So verstärkt die Kostimulation mit CD28 die „Erschöpfung“ von CAR-T-Zellen, wohingegen Kostimulation mit 4-1BB deren Persistenz verbessert.^{[9], [13–14]}

 Zudem scheint 4-1BB als kostimulatorische Domäne alles in allem weniger Neurotoxizität und CRS zu verursachen als die CD28-Domäne.^[9]

Einzelnachweis 9Larson RC, Maus MV. Recent advances and discoveries in the mechanisms and functions of CAR T cells. Nat Rev Cancer. 2021;21(3):145-161. doi:10.1038/s41568-020-00323-z

Nach der Infusion vermehren sich die CAR-T-Zellen wie andere Zellen auch im Körper und begeben sich im Blut auf die „Suche“ nach Krebszellen, auf deren direkte Zerstörung sie programmiert sind.^[2]

 CAR-T-Zellen können zudem langfristig als „lebendes Medikament“ im Körper verbleiben, um die malignen Zellen jederzeit erneut zu eliminieren.^[6]

Einzelnachweis 6Maus MV, Levine BL. Chimeric Antigen Receptor T-Cell Therapy for the Community Oncologist. Oncologist. 2016;21(5):608-17. doi:10.1634/theoncologist.2015-0421

Die CAR-T-Zelltherapie ist eine individuelle Therapie, bei der jedes CAR-T-Zellprodukt für jede:n Patient:in einzeln hergestellt wird. Die Herstellung ist aufwändig und bedarf Zeit. Sie erfolgt in der Regel in einer externen Herstellungsstätte und unterliegt strengen Qualitätsstandards und einer sehr sorgfältigen Überwachung.^{[2], [15–16]}

Im ersten Schritt der Herstellung werden Leukozyten bzw. periphere mononukleäre Blutzellen (PBMC) mittels Apherese aus dem Blut der/s Patient:in gewonnen. Dieses Ausgangsmaterial wird zur Herstellungsstätte transportiert, um dort daraus die T-Zellen zu selektieren. Anschließend erfolgt die Integration der CAR codierenden Sequenz in das Genom der T-Zellen mittels retro- oder lentiviraler Vektoren durch Transduktion (Gentransfer durch Viren). Die so entstandenen CAR-T-Zellen werden anschließend vermehrt und nach ausführlichen Qualitätskontrollen in der richtigen Dosis zum Behandlungszentrum transportiert.

Nach Abschluss des Herstellungsprozesses durchlaufen die patientenspezifischen CAR-T-Zellen vielfältige Tests zur Qualitätssicherung. Anschließend werden die Zellen kryokonserviert und an das Behandlungszentrum transportiert, aufgetaut und der/dem Patient:in nach einer vorbereitenden Lymphodepletion als einmalige Infusion reinfundiert.^{[2], [15]}

Die CAR-T-Zelltherapie beruht auf dem Prinzip, die körpereigene T-Zell-induzierte Immunantwort zu aktivieren und gezielt gegen die Tumorzellen zu richten. CAR-T-Zellen erkennen dabei ihr Zielantigen auf Tumorzellen so empfindlich wie ein Antikörper und attackieren sie mit der hohen Zerstörungskraft zytotoxischer T-Zellen.^[4]

 Wieder zurück im Körper des Patienten sind bereits wenige dieser genetisch modifizierten CAR-T-Zellen in vivo zur exponenziellen Proliferation und zu massiven Immunantworten fähig. Nach Bindung an ihr Antigen und Aktivierung eliminieren CAR-T-Zellen maligne Zellen vor allem durch Zelllyse. Dies geschieht im Wesentlichen in drei Schritten.^{[3], [17]}

Einzelnachweis 3Hartmann J, Schussler-Lenz M, Bondanza A, Buchholz CJ. Clinical development of CAR T cells-challenges and opportunities in translating innovative treatment concepts. EMBO Mol Med. 2017;9(9):1183-1197. doi:10.15252/emmm.201607485

Einzelnachweis 17Boyiadzis MM, Dhodapkar MV, Brentjens RJ, et al. Chimeric antigen receptor (CAR) T therapies for the treatment of hematologic malignancies: clinical perspective and significance. J Immunother Cancer. 2018;6(1):137. doi:10.1186/s40425-018-0460-5

Normalerweise erkennt der physiologische T-Zellrezeptor nur Antigene, die über MHC auf der Zelloberfläche von antigenpräsentierenden Zellen präsentiert werden, was u. a. eine Toleranz gegenüber körpereigenen Zellen ermöglicht.^[20]

Tumorzellen sind aber in der Lage, die Expression von MHC zu reduzieren, sodass sie nicht mehr als Zielzelle erkennbar sind, um sich damit der körpereigenen Immunantwort zu entziehen.^[21]

Einzelnachweis 21Cornel AM, Mimpen IL, Nierkens S. MHC Class I Downregulation in Cancer: Underlying Mechanisms and Potential Targets for Cancer Immunotherapy. Cancers (Basel). 2020;12(7)doi:10.3390/cancers12071760

Aufgrund der MHC-unabhängigen Wirkung können CAR-T-Zellen diesen Immunevasionsmechanismus des Tumors umgehen.

CAR-T-Zellen persistieren zudem als lebendes Medikament über einen längeren Zeitraum im Organismus und bilden – analog zu physiologischen T-Zellen − ein immunologisches Gedächtnis aus. So können Gedächtniszellen, die während der ersten Immunreaktion entstehen, bei erneutem Kontakt mit demselben Antigen rasch reagieren und die Vermehrung spezifischer Abwehrzellen initiieren.^[22]

Die Entwicklung von Immuntherapien und zellbasierten Therapien schreitet schnell voran. Folgende Tumorentitäten – allesamt B-Zell-Neoplasien - können derzeit in Europa mit kommerziell verfügbaren CAR-T-Zelltherapien behandelt werden (Stand: November 2022).^[23]

Weitere potenzielle molekulare Targets neben CD19 und dem B-Zell-Reifungsantigen (BCMA) umfassen u. a. GPRC5D, CD20, CD22, CD30, CD38, Igk-Leichtketten, den Natural-Killer Group 2 Member D (NKG2D)-Liganden und den Rezeptortyrosinkinase-ähnlichen Orphan-Rezeptor 1 (ROR1).^{[1], [2]}