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疲弊したCAR-T細胞を若返らせ、強い抗腫瘍効果をもつCAR-T細胞の作製に成功 安藤眞、吉村昭彦(微生物学免疫学教室)

CAR-T療法とは?

免疫細胞、特にT細胞はウイルスや細菌だけでなく、がん細胞を体内から排除するのに極めて重要な細胞です。近年、がん患者さんからT細胞を分離しがん細胞を攻撃できるように遺伝子を導入したT細胞(CAR-T)を、再び患者さんの体内に戻すCAR-T療法が次世代のがん免疫療法として注目されています。しかしながら、T細胞は体内や試験管内で何度も刺激を受けることによって疲弊状態へと陥ってしまい、増殖しにくくなり、腫瘍細胞を殺傷する機能も低下します。実際にCAR-T療法やチェックポイント阻害療法(注1)などのがん免疫療法の効果が高い患者さんでは疲弊T細胞(注2)が少なく、若いメモリー(記憶)T細胞であるステムセルメモリー(注3)が多いことが知られています。CAR-Tの作製自体でもT細胞を長期間体外で増幅するために疲弊化は避けられません。このような疲弊してしまったCAR-T細胞を患者さんの体内に戻しても十分な治療効果は得られません。一方で、ステムセルメモリーの性質を持ったCAR-T細胞は自己を複製する能力や増殖能力に優れており、長期にわたって治療効果を維持できることが明らかとなっています(図1)。

図1. CAR-T療法とは?

図1. CAR-T療法とは?
がん患者さんの末梢血から分離したT細胞にキメラ抗原受容体(CAR)と呼ばれる特定のがん細胞を反応できるようにする分子の遺伝子を導入したT細胞(CAR-T)を作製する。CAR-T療法とは試験管内で増幅したCAR-T細胞をがん患者さんに再び戻す療法で、CAR-T細胞ががん細胞を殺傷することが期待される。ステムセルメモリーCAR-T細胞は生体内で長期にわたって生存することができ、がん細胞と反応して素早く増殖、活性化できるため、強い抗腫瘍効果を有し、治療効果も大きい。一方で、疲弊CAR-T細胞は短命で増殖や活性化が起こりにくいため、抗腫瘍効果は期待できず、治療効果も小さい。

研究の背景

研究グループは、以前にCAR-T細胞をOP9-hDLL1細胞と呼ばれるフィーダー細胞(注4)と一緒に培養することによってがん細胞と戦うことができる状態へと若返らせる方法を報告しました。この細胞はステムセルメモリーT細胞に似た性質を示すことから「ステムセルメモリー様CAR-T細胞(CAR-iTSCM)」と命名しました。しかしながら、このCAR-iTSCM誘導方法はフィーダー細胞としてマウス由来の細胞を用いるため、マウス由来成分の混入リスクや共培養のスキルを要することから必ずしも臨床での応用には適していないという問題を抱えていました。

研究の方法と結果

本研究では、臨床での応用を見据えてフィーダー細胞に依存しない方法(フィーダーフリー法)で、疲弊CAR-T細胞をより抗腫瘍効果の強いCAR-T細胞へと若返らせる方法の開発を目指しました。CAR-iTSCM誘導にはフィーダー細胞が重要な役割を果たしていると考え、フィーダー細胞であるストローマ細胞(注5)が発現する因子についてスクリーニングを行った結果、IL-7、IGF-I、CXCL12、NOTCHリガンドの4因子を用いることで、CAR-iTSCM誘導のフィーダーフリー化に成功しました(図2)。フィーダーフリー誘導のCAR-iTSCMの性質を細胞表面分子の発現や遺伝子プロファイル、代謝状態によって確認したところ、フィーダーフリー法で誘導したCAR-iTSCM細胞は疲弊が消失しておりステムセルメモリー様の性質を示すことが明らかとなりました。また、がん細胞と反応して急速に増殖し、従来のCAR-T細胞よりも強力な抗腫瘍効果が認められました。

図2. 今回見出したフィーダーフリーのCAR-iTSCM作製方法

図2. 今回見出したフィーダーフリーのCAR-iTSCM作製方法
CAR-T細胞をIL-7、IGF-I、CXCL12、NOTCHリガンド存在下で培養することによってステムセルメモリー様のCAR-T細胞(CAR-iTSCM)を作製することに成功した。

研究の成果と意義・今後の展望

研究グループが開発したフィーダーフリー培養法は、疲弊したCAR-T細胞の若返りを可能とし、より抗腫瘍効果の強いステムセルメモリー様CAR-T細胞へと若返らせることに成功しました。本研究成果は、より効果的なCAR-T療法として早期に臨床応用できることが期待されます。

現在、CAR-T療法の適応は血液がんのみであり、固形がんはCAR-T細胞の疲弊が起こりやすくCAR-T療法による治療がより難しいと考えられています。今回開発したCAR-iTSCM誘導法はそうした問題を取り払うことができると考えられ、固形がんに対しても治療効果が期待できます。また、用いるCARの構造上の問題によってはしばしば疲弊が起こりやすいCAR-T細胞が生じることが指摘されています。CAR-iTSCM誘導法はこのようなCARの性質を問わない汎用性が期待されます。また、CAR-iTSCM誘導の分子メカニズムを解明し、体外ではなく、がん患者さんの体内においても疲弊T細胞をTSCMに転換する方法を見出すことで、これまでにない新たな免疫療法の開発につながることが期待されます。

【用語解説】

(注1)チェックポイント阻害療法
がん細胞は免疫細胞の攻撃から逃れるために、免疫応答にブレーキをかける。免疫チェックポイント分子と呼ばれるたんぱく質は、このようなブレーキの役割を果たしており、その代表的なものがPD-1やCTLA4であり、PD-1やCTLA4の機能を抗体により阻害することで腫瘍内の免疫反応を増強するのが免疫チェックポイント阻害療法である。抗PD-1抗体の代表的なものがオプジーボであり、発見者の本庶佑教授がノーベル医学生理学賞を受賞した。

(注2)疲弊T細胞
T細胞は体内や試験管内で慢性的に活性化され続けると増殖できなくなったり、標的細胞を攻撃できなくなったりする。この現象を「疲弊」という。疲弊状態に陥ったT細胞(図3内のTEX)は、生体内に戻しても増殖能力やがんを攻撃する能力が弱く、高い治療効果を期待できない。このような疲弊化したT細胞はPD−1のようなチェックポイント分子(注1)を多数発現していることが知られている。

(注3)ステムセルメモリーT細胞
未感作T細胞(ナイーブT細胞)は病原体やがん細胞などの異物と遭遇すると増殖し、活性化されるが、やがて多くは死滅する。しかし一部は次の再感染や再発に備えてメモリーT細胞となる。メモリーT細胞には分化段階の異なる複数の種類、ステムセルメモリーT細胞(TSCM)、セントラルメモリーT細胞(TCM)、エフェクターメモリーT細胞(TEM)(図3)が存在する。この中でがん細胞への攻撃力が最も強く分化が進んだ細胞がTEMで、ナイーブT細胞に近く、最も長寿であり、長期にわたって免疫記憶を保持すると考えられているメモリーT細胞がステムセルメモリーT細胞(TSCM)である。TSCMは分化の進んだTCMやTEMを数多く生み出すことができる。

図3. がんを攻撃するT細胞の分化様式

図3. がんを攻撃するT細胞の分化様式

(注4)フィーダー細胞
細胞同士の接触刺激や栄養因子を提供、産生することで周囲の細胞の生存や分化、増殖するための環境を提供する細胞。

(注5)ストローマ細胞
間質細胞の一種で、フィーダー細胞として試験管内で免疫細胞の発生やiPS細胞からT細胞を誘導するのにもよく使われる。

参考文献

  1. Rejuvenating Effector/Exhausted CAR T Cells to Stem Cell Memory–Like CAR T Cells By Resting Them in the Presence of CXCL12 and the NOTCH Ligand.
    Ando M, Kondo T, Tomisato W, Ito M, Shichino S, Srirat T, Mise-Omata S, Nakagawara K, Yoshimura A.
    Cancer Res Commun. 2021. Oct 19;1(1):41-55. doi: 10.1158/2767-9764.CRC-21-0034.

  2. Notch-mediated conversion of activated T cells into stem cell memory-like T cells for adoptive immunotherapy.
    Kondo T, Morita R, Okuzono Y, Nakatsukasa H, Sekiya T, Chikuma S, Shichita T, Kanamori M, Kubo M, Koga K, Miyazaki T, Kassai Y, Yoshimura A.
    Nat Commun. 2017 May 22;8:15338. doi: 10.1038/ncomms15338.

  3. The NOTCH-FOXM1 Axis Plays a Key Role in Mitochondrial Biogenesis in the Induction of Human Stem Cell Memory-like CAR-T Cells.
    Kondo T, Ando M, Nagai N, Tomisato W, Srirat T, Liu B, Mise-Omata S, Ikeda M, Chikuma S, Nishimasu H, Nureki O, Ohmura M, Hayakawa N, Hishiki T, Uchibori R, Ozawa K, Yoshimura A.
    Cancer Res. 2020 Feb 1;80(3):471-483. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-19-1196. Epub 2019 Nov 25.

左より:吉村昭彦(微生物学免疫学教室教授)、安藤眞(同教室博士課程 大学院生)

最終更新日:2022年1月5日
記事作成日:2022年1月5日

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