Ultrazvočna signalna pot z od kalcija odvisno pozitivno povratno zanko za aktivacijo himernega antigenskega receptorja za imunoterapijo raka

Rak je eden glavnih z boleznijo povezanih smrti na svetu. Kot učinkovita terapevtska strategija za zdravljenje hematoloških malignih bolezni se je izkazala imunoterapija s kimernimi antigenskimi receptorji (CAR). Ena največjih skrbi za zdravljenja s celicami CAR T je varnost. Slabost CAR T celične terapije so neželeni učinki, kot so sistemsko sproščanje visoke ravni citokinov in toksičnost, ki je posledica specifičnih interakcij med receptorjem CAR in njegovim ciljnim antigenom, ki ga izražajo nemaligne celice. Izziv pri preperčevanju toksičnosti CAR T imunoterapije trdnih tumorjev je razviti terapevtske celice, ki jih lahko aktiviramo v prostorsko omejenem tkivnem prostoru. Fokusirani ultrazvok ima edinstveno prednost pri zagotavljanju neinvazivnega časovnega nadzora celične aktivnosti v globokem tkivu s prostorsko natančnostjo. Za neinvazivno časovno aktivacijo načrtovane terapevtske naprave bomo uporabili fokusiran ultrazvok, t.i. insonacijo. Fokusirana ultrazvočna aktivacija terapevtskih celic v imunoterapiji raka je povezana z več izzivi; v projektu želimo nasloviti dva izmed njih. Skrajšanje časa insonacije bomo dosegli z dodatkom umetne Ca2+ pozitivne povratne zanke, ki temelji na s Ca2+-odvisnim sproščanjem aktiviranih Ca2+ kanalih (CRAC), ki so ključnega pomena za podaljšano Ca2+ signalizacijo. Za izgradnjo sinteznega ojačevalca Ca2+ signala bomo izkoristili interakcijo med STIM1 in Orai1. Poleg tega želimo dekodirati ultrazvočne parametre, ki določajo frekvenco in amplitudo akustičnega valovanja, za regulacijo odpiranja Ca2+ mehansko občutljivih ionskih kanaločkov in Ca2+ oscilacij. Za uravnavanje izražanja avtolognih genov in receptorjev CAR bomo sintetizirali na ultrazvok odzivne transkripcijske dejavnike, ki temeljijo na CRISPR DNA vezavni domeni, ki lahko veže različne gene. Za potrditev koncepta bomo testirali prostorsko-časovno neinvazivno aktivacijo na ultrazvok odzivnih celic CAR T, in njihovo citotoksičnost ter sposobnost odstranjevanja tumorja. Naš koncept uvaja nekatere znane gradnike in procese v novo tehnološko platformo. Projekt bo poleg neposrednih in posrednih aplikacij omogočil tudi vpogled v mehanizme celičnega mehanskega zaznavanja. Ultrazvočna imunomodulacijska platforma bo naslovila edinstven pristop CAR T terapije trdnih tumorjev in lahko služi kot učinkovito orodje za neinvazivno prostorsko-časovno aktivacijo genov. Glavna novost našega predloga je povečanje občutljivosti celic na ultrazvok z uvedbo Ca2+ pozitivne povratne zanke, ki ojača ultrazvočni signal. Pričakovani rezultati bodo podprli napredek pri razvoju na ultrazvok odzivnih molekularnih naprav, ki bi lahko vplivale na številna področja biotehnologije in medicine.