In een proof-of-principle-onderzoek bij muizen, wetenschappers van Johns Hopkins Medicine rapporteren de creatie van een gespecialiseerde gel die werkt als een lymfeklier om met succes kankerbestrijdende T-cellen van het immuunsysteem te activeren en te vermenigvuldigen. Het werk brengt wetenschappers een stap dichterbij, ze zeggen, om dergelijke kunstmatige lymfeklieren in mensen te injecteren en T-cellen aan te wakkeren om ziekten te bestrijden.

In de laatste paar jaren, een golf van ontdekkingen heeft nieuwe technieken ontwikkeld om T-cellen - een soort witte bloedcellen - te gebruiken bij de behandeling van kanker. Succesvol zijn, de cellen moeten worden geprimed, of onderwezen, om moleculaire vlaggen op het oppervlak van kankercellen te herkennen en erop te reageren. Het op deze manier opleiden van T-cellen gebeurt meestal in lymfeklieren, klein, boonvormige klieren gevonden over het hele lichaam die T-cellen huisvesten. Maar bij patiënten met kanker en aandoeningen van het immuunsysteem, dat leerproces defect is, of gebeurt niet.

Om dergelijke gebreken aan te pakken, De huidige T-cel-boostertherapie vereist dat artsen T-cellen verwijderen uit het bloed van een patiënt met kanker en de cellen terug injecteren in de patiënt na ofwel genetische manipulatie of activering van de cellen in een laboratorium, zodat ze kankergerelateerde moleculaire vlaggen herkennen.

Een dergelijke behandeling, CAR-T-therapie genoemd, is duur en alleen beschikbaar in gespecialiseerde centra met laboratoria die in staat zijn om de gecompliceerde taak van het ontwerpen van T-cellen aan te kunnen. In aanvulling, het duurt over het algemeen ongeveer zes tot acht weken om de T-cellen in laboratoria te kweken en, eenmaal opnieuw in het lichaam geïntroduceerd, de cellen gaan niet lang mee in het lichaam van de patiënt, dus de effecten van de behandeling kunnen van korte duur zijn.

Het nieuwe werk, meldde 10 april in het tijdschrift Geavanceerde materialen , is een poging van Johns Hopkins-wetenschappers om een ​​efficiëntere manier te vinden om T-cellen te construeren.

"Wij geloven dat de omgeving van een T-cel erg belangrijk is. Biologie komt niet voor op plastic schalen, het gebeurt in weefsels, " zegt John Hickey, een doctoraat kandidaat in biomedische technologie aan de Johns Hopkins University School of Medicine en eerste auteur van het onderzoeksrapport.

Om de omgeving van de gemanipuleerde T-cellen biologisch realistischer te maken, Hickey - in samenwerking met zijn mentoren Hai-Quan Mao, doctoraat, associate director van het Johns Hopkins Institute for NanoBioTechnology en Jonathan Schneck, MD, doctoraat, hoogleraar pathologie, geneeskunde en oncologie aan de Johns Hopkins University School of Medicine - geprobeerd met een geleiachtig polymeer, of hydrogel, als platform voor de T-cellen. Op de hydrogel, de wetenschappers voegden twee soorten signalen toe die T-cellen stimuleren en "leren" om zich aan te scherpen op vreemde doelen om te vernietigen.

In hun experimenten, T-cellen geactiveerd op hydrogels produceerden 50 procent meer moleculen, cytokinen genaamd, een marker van activering, dan T-cellen die op plastic kweekschalen worden bewaard.

Omdat hydrogels op bestelling gemaakt kunnen worden, de Johns Hopkins-wetenschappers hebben een reeks hydrogels gemaakt en getest, van het zeer zachte gevoel van een enkele cel tot de meer rigide kwaliteit van een celverpakte lymfeklier.

"Een van de verrassende bevindingen was dat T-cellen de voorkeur geven aan een zeer zachte omgeving, vergelijkbaar met interacties met individuele cellen, in tegenstelling tot een dicht opeengepakt weefsel, ’ zegt Schneck.

Meer dan 80 procent van de T-cellen op het zachte oppervlak vermenigvuldigden zich, vergeleken met geen van de T-cellen op het meest stevige type hydrogel.

Toen het Johns Hopkins-team T-cellen op een zachte hydrogel plaatste, ze ontdekten dat de T-cellen zich vermenigvuldigden van slechts een paar cellen tot ongeveer 150, 000 cellen - genoeg om te gebruiken voor kankertherapie - binnen zeven dagen. Daarentegen, toen de wetenschappers andere conventionele methoden gebruikten om T-cellen te stimuleren en uit te breiden, ze waren in staat om slechts 20 te kweken, 000 cellen binnen zeven dagen.

In de volgende reeks experimenten, de wetenschappers injecteerden de T-cellen die zijn ontwikkeld in de zachte hydrogels of de plastic kweekschalen in muizen geïmplanteerd met melanoom, een dodelijke vorm van huidkanker. Tumoren bij muizen met T-cellen gekweekt op hydrogels bleven stabiel in grootte, en sommige muizen overleefden meer dan 40 dagen. Daarentegen, tumoren groeiden in de meeste muizen die werden geïnjecteerd met T-cellen die waren gekweekt in plastic schalen, en geen van deze muizen leefde langer dan 30 dagen.

"Omdat we de hydrogel perfectioneren en het essentiële kenmerk van de natuurlijke omgeving nabootsen, inclusief chemische groeifactoren die kankerbestrijdende T-cellen en andere signalen aantrekken, we zullen uiteindelijk in staat zijn om kunstmatige lymfeklieren te ontwerpen voor op regeneratieve immunologie gebaseerde therapie, " zegt Schneck, een lid van het Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.

De wetenschappers hebben patenten aangevraagd met betrekking tot de hydrogeltechnologie die in hun rapport wordt beschreven.