Computational simulations of bispecific T cell engagers by a multiscale model

细胞内 计算机科学 CD3型 细胞 细胞毒性T细胞 免疫疗法 计算生物学 T细胞 抗体 细胞生物学 主要组织相容性复合体 化学 CD8型 生物 抗原 免疫系统 免疫学 体外 生物化学
作者
Zhaoqian Su,Steven C. Almo,Yinghao Wu
出处
期刊:Biophysical Journal [Elsevier BV]
卷期号:123 (2): 235-247 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.bpj.2023.12.012
摘要

The use of bispecific antibodies as T cell engagers can bypass the normal T cell receptor-major histocompatibility class interaction, redirect the cytotoxic activity of T cells, and lead to highly efficient tumor cell killing. However, this immunotherapy also causes significant on-target off-tumor toxicologic effects, especially when it is used to treat solid tumors. To avoid these adverse events, it is necessary to understand the fundamental mechanisms involved in the physical process of T cell engagement. We developed a multiscale computational framework to reach this goal. The framework combines simulations on the intercellular and multicellular levels. On the intercellular level, we simulated the spatial-temporal dynamics of three-body interactions among bispecific antibodies, CD3 and tumor-associated antigens (TAAs). The derived number of intercellular bonds formed between CD3 and TAAs was further transferred to the multicellular simulations as the input parameter of adhesive density between cells. Through the simulations under various molecular and cellular conditions, we were able to gain new insights into how to adopt the most appropriate strategy to maximize the drug efficacy and avoid the off-target effect. For instance, we discovered that the low antibody-binding affinity resulted in the formation of large clusters at the cell-cell interface, which could be important to control the downstream signaling pathways. We also tested different molecular architectures of the bispecific antibody and suggested the existence of an optimal length in regulating the T cell engagement. Overall, the current multiscale simulations serve as a proof-of-concept study to help in the future design of new biological therapeutics.
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