Een commando op afstand zou op een dag immuuncellen in een razernij kunnen sturen tegen een kwaadaardige tumor. Het vermogen om te mobiliseren, van buiten het lichaam, gerichte kankerimmunotherapie in het lichaam is een stap dichterbij realiteit gekomen.

Bio-ingenieurs van het Georgia Institute of Technology hebben een warmtegevoelige schakelaar in T-cellen geïnstalleerd die de T-cellen kan activeren wanneer warmte de schakelaar aanzet. De methode, getest in muizen en gepubliceerd in een nieuwe studie, is lokaal gericht en zou op een dag kunnen helpen om van immunotherapie een precisie-instrument te maken in de strijd tegen kanker.

Immunotherapie heeft de krantenkoppen gehaald met verrassende spraakmakende successen, zoals het redden van de voormalige Amerikaanse president Jimmy Carter van hersenkanker. Maar de behandeling die het lichaamseigen immuunsysteem activeert tegen kanker en andere ziekten, heeft ook, helaas, bleek een schot in de roos.

"Bij patiënten bij wie bestraling en traditionele chemotherapie hebben gefaald, dit is waar T-celtherapieën hebben geschenen, maar de therapie is nog nieuw, "zei hoofdonderzoeker Gabe Kwong. "Deze studie is een stap in de richting van het nog effectiever maken."

Kanker is notoir sluw, en wanneer T-cellen in een tumor kruipen, de tumor heeft de neiging om de kankerdodende vermogens van de T-cellen uit te schakelen. Onderzoekers hebben gewerkt om ze weer aan te zetten.

Laser, goud, en T-cellen

De afstandsbediening van Kwong heeft dit in het lab gedaan, terwijl het ook de T-celactiviteit stimuleert.

In de studie, Het team van Kwong heeft met succes hun afstandsbedieningsmethode door middel van eerste tests uitgevoerd bij muizen met geïmplanteerde tumoren (zogenaamde tumorfantomen, speciaal ontworpen voor bepaalde experimenten). De afstandsbediening werkt via drie basiscomponenten.

Eerst, de onderzoekers wijzigden T-cellen, een type witte bloedcel, om een ​​genetische schakelaar op te nemen die, wanneer ingeschakeld, verhoogde de celexpressie van specifieke eiwitten met meer dan 200 keer. Dat vermogen zou kunnen worden gebruikt om de kankerbestrijdende activiteiten van T-cellen te begeleiden.

De T-cellen, met de schakelaar uit, werden geïntroduceerd in het tumorfantoom dat in de muizen werd geplaatst. Het tumorfantoom omvatte ook gouden nanostaafjes, slechts tientallen atomen groot. De onderzoekers schenen pulsen van een zachte laser in het nabij-infrarood (NIR) bereik van buiten het lichaam van de muis op de plek waar de tumor zich bevond.

De nanostaafjes die de lichtgolven opvangen, maakten er nuttige, gelokaliseerde milde hitte, waardoor de onderzoekers de tumor precies konden opwarmen. De verhoogde hitte zette de technische schakelaar van de T-cellen aan.

Hyper-geactiveerde T-cellen

Deze studie verbeterde de methode en bevestigde dat de componenten ervan werkten bij levende dieren. Het was nog niet de bedoeling van het onderzoek om kanker te behandelen, hoewel ondernemen de volgende stap is, die al onderweg is.

"In de komende experimenten, we implementeren deze aanpak om agressieve tumoren te behandelen en de effectiviteit van kankerbestrijding vast te stellen, " zei Kwong, die een assistent-professor is bij de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory University.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten in de huidige editie van het tijdschrift ACS synthetische biologie . De eerste auteur van de studie was afgestudeerd onderzoeksassistent Ian Miller. Het onderzoek werd gefinancierd door de National Institutes of Health, de Nationale Wetenschapsstichting, het Burroughs Wellcome Fonds, en de Shurl en Kay Curci Foundation.

Betere immunotherapie

Bio-ingenieurs hebben al veel met T-cellen kunnen doen als ze zich buiten het lichaam bevinden.

"Direct, we zijn bedreven in het oogsten van de eigen T-cellen van een patiënt, aanpassen om kanker te bestrijden, ze buiten het lichaam laten groeien tot er honderden miljoenen zijn, "Zei Kwong. "Maar zodra we ze terug injecteren in een patiënt, we verliezen de controle over de activiteit van de T-cellen in het lichaam."

De aan-schakelaar verandert dat.

T-celtoxiciteit

Het hebben van een uit-schakelaar is ook belangrijk. Als T-cellen waren ontworpen om altijd aan en hypergeactiveerd te zijn, terwijl ze door het lichaam bewogen, ze kunnen gezond weefsel beschadigen.

"Er zouden off-target toxiciteiten zijn, dus je wilt echt hun activering lokaliseren, " Kwong zei. "Ons langetermijndoel voor hen is om site-specifiek te activeren, dus T-cellen kunnen immunosuppressie door de tumor overwinnen en daar betere moordenaars worden."

Als de afstandsbediening van de verwarming is uitgeschakeld, zo zijn Kwong's gemanipuleerde T-cellen, omdat de gebruikelijke lichaamstemperaturen niet hoog genoeg zijn om hun schakelaar te activeren.

Hitte-schokschakelaar

De schakelaar is een natuurlijk veiligheidsmechanisme in menselijke cellen dat is ontwikkeld om te beschermen tegen hitteschokken en wordt ingeschakeld wanneer de weefseltemperatuur boven het normale bedrijfsbereik van het lichaam stijgt. die zich concentreert op 37 graden Celsius (98,6 F). Maar de onderzoekers hebben T-cellen opnieuw uitgerust met de schakelaar om andere functies in te schakelen. en het zou kunnen worden gebruikt om de cellen te hyperactiveren.

De bio-ingenieurs van Georgia Tech ontdekten dat de schakelaar werkte in een bereik van 40 tot 42 graden Celsius (104-107,6 F), hoog genoeg om niet te reageren op de meeste hoge koortsen en laag genoeg om gezond weefsel of de gemanipuleerde T-cellen niet te beschadigen.

"Wanneer de lokale temperatuur wordt verhoogd tot 45 graden (113 F), sommige cellen in ons lichaam houden er niet van, "Zei Kwong. "Maar als de verwarming nauwkeurig wordt geregeld in een venster van 40 tot 42 graden met korte pulsen van het NIR-licht, dan zet het de T-cellen aan, en lichaamscellen zijn nog steeds erg comfortabel."

Immuno-doelen en dromen

De onderzoekers willen de overstap combineren met een aantal extra kankerbestrijdende wapens die ze in T-cellen willen ontwikkelen.

Bijvoorbeeld, uitgescheiden moleculen, cytokinen genaamd, kunnen het vermogen van immuuncellen om kanker te doden, versterken, maar cytokinen, helaas, kan ook giftig zijn. "Ons langetermijndoel is om T-cellen te ontwikkelen om krachtige stimulerende middelen voor het immuunsysteem, zoals cytokines, lokaal en spaarzaam aan te maken en af ​​te geven. ' zei Kwang.

In andere onderzoeken, Het is aangetoond dat zacht verwarmde gouden nanostaafjes tumoren doden of metastase belemmeren. Maar T-celbehandelingen kunnen nog grondiger zijn en, in aanvulling op, Hopelijk, op een dag geven patiënten die met hen worden behandeld een langdurige immuunrespons uit het geheugen op een eventuele herhaling van hun kanker.