UCLA-onderzoekers hebben synthetische T-lymfocyten ontwikkeld, of T-cellen, die bijna perfecte facsimile's van menselijke T-cellen zijn.

Het vermogen om kunstmatige cellen te maken zou een belangrijke stap kunnen zijn in de richting van effectievere medicijnen voor de behandeling van kanker en auto-immuunziekten en zou kunnen leiden tot een beter begrip van het gedrag van menselijke immuuncellen. Dergelijke cellen kunnen uiteindelijk ook worden gebruikt om het immuunsysteem van mensen met kanker of immuundeficiënties te versterken.

Het onderzoeksteam bestond uit wetenschappers van de UCLA School of Dentistry, de UCLA Samueli School of Engineering en de afdeling chemie en biochemie in het UCLA College, en werd geleid door Dr. Alireza Moshaverinia, een assistent-professor prosthodontie aan de tandheelkundige school. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

"De complexe structuur van T-cellen en hun multifunctionele karakter hebben het voor wetenschappers moeilijk gemaakt om ze in het laboratorium te repliceren, " zei Moshaverinia. "Met deze doorbraak, we kunnen synthetische T-cellen gebruiken om efficiëntere medicijndragers te ontwikkelen en het gedrag van immuuncellen te begrijpen."

Natuurlijke T-cellen zijn moeilijk te gebruiken in onderzoek omdat ze erg kwetsbaar zijn, en omdat nadat ze zijn gewonnen uit mensen en andere dieren, ze hebben de neiging om slechts een paar dagen te overleven.

"We waren in staat om een ​​nieuwe klasse van kunstmatige T-cellen te creëren die in staat zijn het immuunsysteem van een gastheer te stimuleren door actieve interactie met immuuncellen via direct contact, activering of afgifte van ontstekings- of regulerende signalen, " zei Mohammad Mahdi Hasani-Sadrabadi, een assistent-projectwetenschapper bij UCLA Samueli. "We zien de bevindingen van deze studie als een ander hulpmiddel om kankercellen en andere kankerverwekkende stoffen aan te vallen."

T-cellen spelen een sleutelrol in het immuunsysteem. Ze worden geactiveerd wanneer een infectie het lichaam binnendringt en ze stromen door de bloedbaan om de geïnfecteerde gebieden te bereiken. Omdat ze tussen kleine openingen en poriën moeten knijpen, T-cellen hebben het vermogen om te vervormen tot een kwart van hun normale grootte. Ze kunnen ook groeien tot bijna drie keer hun oorspronkelijke grootte, die hen helpt de antigenen die het immuunsysteem aanvallen, af te weren of te overwinnen.

Tot voor kort, bio-ingenieurs hadden de complexe aard van menselijke T-cellen niet kunnen nabootsen. Maar de UCLA-onderzoekers waren in staat om hun vorm te repliceren, grootte en flexibiliteit, waardoor het zijn basisfuncties van targeting en homing-in op infecties kan uitvoeren.

Het team fabriceerde T-cellen met behulp van een microfluïdisch systeem. (Microfluidics richt zich op het gedrag, controle en manipulatie van vloeistoffen, meestal op een schaal van submillimeter.) Ze combineerden twee verschillende oplossingen:minerale olie en een alginaatbiopolymeer, een gomachtige substantie gemaakt van polysachariden en water. Wanneer de twee vloeistoffen samenkomen, ze creëren microdeeltjes van alginaat, die de vorm en structuur van natuurlijke T-cellen nabootsen. De wetenschappers verzamelden vervolgens de microdeeltjes uit een calciumionenbad, en pasten hun elasticiteit aan door de concentratie van calciumionen in het bad te veranderen.

Toen ze eenmaal T-cellen met de juiste fysieke eigenschappen hadden gemaakt, de onderzoekers moesten de biologische eigenschappen van de cellen aanpassen - om ze dezelfde eigenschappen te geven waarmee natuurlijke T-cellen kunnen worden geactiveerd om infecties te bestrijden, menselijk weefsel binnendringen en cellulaire boodschappers vrijgeven om ontstekingen te reguleren. Om dat te doen, ze bedekten de T-cellen met fosfolipiden, zodat hun buitenkant de menselijke celmembranen nauw zou nabootsen. Vervolgens, met behulp van een chemisch proces genaamd bioconjugatie, de wetenschappers koppelden de T-cellen aan CD4-signaalgevers, de deeltjes die natuurlijke T-cellen activeren om infectie- of kankercellen aan te vallen.

Moshaverinia zei dat andere wetenschappers hetzelfde proces zouden kunnen gebruiken om verschillende soorten kunstmatige cellen te maken, zoals natuurlijke killercellen of microfagen, voor onderzoek naar specifieke ziekten of om behandelingen te helpen ontwikkelen; in de toekomst, de aanpak zou wetenschappers kunnen helpen bij het ontwikkelen van een database van een breed scala aan synthetische cellen die menselijke cellen nabootsen.

De andere auteurs van de studie, heel UCLA, zijn afgestudeerde student Fatemah Majedi; Steven Bensinger, een professor in de microbiologie, immunologie en moleculaire genetica; Dr Ben Wu, een hoogleraar tandheelkunde en bio-engineering; Louis Bouchard, een universitair hoofddocent chemie en biochemie; en Paul Weiss, een vooraanstaande professor in de chemie en biochemie. Bensinger, Bouchard en Weiss zijn ook lid van het UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center.