Onderzoekers van het Fred Hutchinson Cancer Research Center hebben biologisch afbreekbare nanodeeltjes ontwikkeld die kunnen worden gebruikt om immuuncellen genetisch te programmeren om kankercellen te herkennen en te vernietigen, terwijl de immuuncellen zich nog in het lichaam bevinden.

In een proof-of-principle-studie die op 17 april wordt gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , het team toonde aan dat door nanodeeltjes geprogrammeerde immuuncellen, bekend als T-cellen, kan de progressie van leukemie in een muismodel snel verwijderen of vertragen.

"Onze technologie is de eerste die we kennen om snel tumorherkenningsvermogen in T-cellen te programmeren zonder ze te extraheren voor laboratoriummanipulatie, " zei Dr. Matthias Stephan van Fred Hutch, senior auteur van de studie. "De geherprogrammeerde cellen beginnen binnen 24 tot 48 uur te werken en blijven deze receptoren wekenlang produceren. Dit suggereert dat onze technologie het potentieel heeft om het immuunsysteem snel een sterk genoeg reactie te geven om kankercellen te vernietigen voordat de ziekte dodelijk wordt. ."

Cellulaire immunotherapieën zijn veelbelovend gebleken in klinische onderzoeken, maar het blijft een uitdaging om ze op grotere schaal beschikbaar te maken en ze snel in te kunnen zetten. Momenteel, het duurt meestal een paar weken om deze behandelingen voor te bereiden:de T-cellen moeten uit de patiënt worden verwijderd en genetisch gemanipuleerd en gekweekt in speciale celverwerkingsfaciliteiten voordat ze weer in de patiënt worden geïnfuseerd. Deze nieuwe nanodeeltjes zouden de noodzaak van dergelijke dure en tijdrovende stappen kunnen elimineren.

Hoewel zijn T-cel-programmeermethode nog enkele stappen verwijderd is van de kliniek, Stephan stelt zich een toekomst voor waarin nanodeeltjes op cellen gebaseerde immunotherapieën - of het nu voor kanker of infectieziekten is - transformeren in een gemakkelijk toe te dienen, kant-en-klare behandeling die overal verkrijgbaar is.

"Ik heb nog nooit kanker gehad, maar als ik de diagnose kanker zou krijgen, zou ik meteen met de behandeling willen beginnen, Stephan zei. "Ik wil van cellulaire immunotherapie een behandelingsoptie maken op de dag van diagnose en het in een poliklinische omgeving laten doen in de buurt van waar mensen wonen."

Het lichaam als laboratorium voor genetische manipulatie

Stephan creëerde zijn T-cel homing nanodeeltjes als een manier om de kracht van cellulaire kankerimmunotherapie naar meer mensen te brengen.

In zijn methode de moeizame, tijdrovende programmeerstappen voor T-cellen vinden allemaal plaats in het lichaam, het creëren van een potentieel leger van "seriemoordenaars" binnen enkele dagen.

Zoals gemeld in de nieuwe studie, Stephan en zijn team ontwikkelden biologisch afbreekbare nanodeeltjes die T-cellen in CAR T-cellen veranderden. een bepaald type cellulaire immunotherapie die in klinische onderzoeken veelbelovende resultaten heeft opgeleverd tegen leukemie.

De onderzoekers ontwierpen de nanodeeltjes om genen te dragen die coderen voor chimere antigeenreceptoren, of auto's, die zich richten op en kanker elimineren. Ze labelden de nanodeeltjes ook met moleculen waardoor ze als bramen aan T-cellen kleven, die de nanodeeltjes opslokken. Het interne verkeerssysteem van de cel leidt het nanodeeltje vervolgens naar de kern, en het lost op.

De studie levert het bewijs van het principe dat de nanodeeltjes het immuunsysteem kunnen opvoeden om zich op kankercellen te richten. Stephan en zijn team hebben de nieuwe CAR-genen ontworpen om te integreren in chromosomen die zich in de kern bevinden, waardoor het voor T-cellen mogelijk wordt om binnen een of twee dagen te beginnen met het decoderen van de nieuwe genen en het produceren van CAR's.

Toen het team eenmaal had vastgesteld dat hun CAR-dragende nanodeeltjes een merkbaar percentage van de T-cellen herprogrammeerden, ze testten hun werkzaamheid. Met behulp van een preklinisch muismodel van leukemie, Stephan en zijn collega's vergeleken hun strategie voor het programmeren van nanodeeltjes met chemotherapie, gevolgd door een infusie van T-cellen die in het laboratorium zijn geprogrammeerd om CAR's tot expressie te brengen, die de huidige CAR-T-celtherapie nabootst.

De door nanodeeltjes geprogrammeerde CAR-T-cellen hielden stand tegen de geïnfuseerde CAR-T-cellen. Behandeling met nanodeeltjes of geïnfuseerde CAR-T-cellen verbeterde de overleving gemiddeld 58 dagen, van een mediane overleving van ongeveer twee weken.

De studie werd gefinancierd door Fred Hutch's Immunotherapy Initiative, de Leukemie &Lymfoom Vereniging, de Phi Beta Psi-studentenclub, de National Science Foundation en het National Cancer Institute.

Volgende stappen en andere toepassingen

De nanodeeltjes van Stephan moeten nog verschillende hindernissen nemen voordat ze in de buurt komen van menselijke proeven. Hij streeft naar nieuwe strategieën om het genafgifte- en expressiesysteem veilig te maken bij mensen en werkt samen met bedrijven die de capaciteit hebben om nanodeeltjes van klinische kwaliteit te produceren. Aanvullend, Stephan heeft zijn zinnen gezet op het behandelen van solide tumoren en werkt hiervoor samen met verschillende onderzoeksgroepen van Fred Hutch.

En, hij zei, immunotherapie is misschien nog maar het begin. In theorie, nanodeeltjes kunnen worden aangepast om tegemoet te komen aan de behoeften van patiënten van wie het immuunsysteem een ​​boost nodig heeft, maar die niet enkele maanden kunnen wachten voordat een conventioneel vaccin in werking treedt.

"We hopen dat dit kan worden gebruikt voor infectieziekten zoals hepatitis of hiv, " zei Stephan. Deze methode kan een manier zijn om "patiënten te voorzien van receptoren die ze niet in hun eigen lichaam hebben, " legde hij uit. "Je hebt maar een klein aantal geprogrammeerde T-cellen nodig om je tegen een virus te beschermen."