Hoffnung und Herausforderung

CAR ist die Abkürzung für künstlicher Antigen-spezifischer Rezeptor (Englisch: chimeric antigen receptor). Er wird gentechnisch modular aus mehreren Domänen verschiedener Immunrezeptoren zusammengesetzt (Abbildung 1). Durch den CAR werden die Immuneffektorzellen (T- und NK-Zellen) gezielt zu den Tumorzellen geleitet, die ein spezifisches Zielantigen exprimieren. Im Unterschied zur normalen T-Zellfunktion erkennen die CAR auch naive Antigene, während natürliche T-Zell-Rezeptoren proteolytisch prozessierte, durch MHC präsentierte Peptidantigene erkennen.

An N-terminaler extrazellulärer Position befindet sich die Antigenbindedomäne, die von dem einkettigen variablen Fragment (single-chain variable Fragment, scFv) eines monoklonalen tumorspezifischen Antikörpers abgeleitet ist. Diese bestimmt die Antigenspezifität des CAR. Bei den bisher zugelassenen CAR-T-Zelltherapien richtet sich die Antigenbindedomäne gegen CD19 auf B-Zellen (bestimmte B-Zell-Leukämien und B-Zell-Lymphome) oder gegen das B-Zell-Reifungsantigen BCMA (Multiples Myelom).

Diese Bindedomäne in C-terminaler Richtung ist über eine Schanierregion (Linker) mit einer Transmembrandomäne verbunden, die den CAR fest in der Phospholipid-Membran der CAR-T-Zelle verankert. Sie trägt zur Signalweiterleitung in das Innere der T-Zelle bei. Die am häufigsten verwendeten Transmembrandomänen stammen von CD8a und CD28.

Auf intrazellulärer Seite des CAR befinden sich Signaldomänen, die nach Bindung des Antigens das Signal weiterleiten. Für die Aktivierung der CAR-T-Zelle ist üblicherweise die CD3ζ-(Zeta-)Kette des T-Zell-Rezeptor-(TCR-)Komplexes verantwortlich.

Man unterscheidet vier Generationen von CAR:

• Die Basisstruktur aus Antigenbindedomäne, Linker, Transmembrandomäne und CD3ζ-Signaldomäne bildet die ersten Generation. Aufgrund der Abwesenheit von kostimulatorischen Signalen zeigte diese nur eine limitierte Proliferationskapazität und geringe Antitumoreffekte.
• CAR der zweiten und dritten Generation haben zusätzlich noch eine (zweite Generation) oder zwei (dritte Generation) kostimulatorische Domänen (Co-SD), zum Beispiel CD28, 4-1BB (CD137), CD27 oder OX40. Während CD28 zu einer vollständigen Aktivierung und Vermehrung der CAR-T-Zellen beiträgt, erleichtert die 4-1BB-Domäne deren Überleben im Körper des Patienten (Persistenz). Beide Signaldomänen wurden daher ab der dritten Generation miteinander verbunden. Nach Bindung der CAR-T-Zelle an die antigenpräsentierende Tumorzelle werden über die Co-SD intrazelluläre Signale in der CAR-T-Zelle aktiviert, die zur Zytokin-Sekretion und weiteren Proliferation der T-Zelle führen (1).
• Die vierte Generation, auch TRUCK oder armored CAR genannt, enthält zusätzliche Modifikationen, die die Sekretion von Interleukinen (IL) und/oder von Zelltodproteinen wie IL-2, -7, -12 und -15 sowie iCaspase-9 steigern (2). Erste präklinische Studien lassen eine erhöhte Effektivität gegenüber Tumorzellen durch die Aktivierung des endogenen Immunsystems vermuten.

Zudem gibt es Untersuchungen mit sogenannten Smart T-cells, die ein Suizidgen oder andere Kontrollmechanismen für eine erhöhte Sicherheit der Therapie enthalten. Neueste Entwicklungen untersuchen bispezifische CAR-T-Zellen, die neben dem CAR gegen CD19-Antigen auch einen CAR gegen CD20 enthalten, um Rezidiven entgegenzuwirken.

Alle bisher zugelassenen CAR-T-Zellen tragen CAR der zweiten Generation. Generell können CAR nicht nur in T-Zellen, sondern auch in natürliche Killerzellen (NK-Zellen) eingebracht werden und bewirken bei Antigenbindung ebenfalls eine Aktivierung.