Bij nieuwe immuuntherapieën voor kanker worden de T-cellen van een patiënt geëxtraheerd en genetisch gemanipuleerd zodat ze tumoren kunnen herkennen en aanvallen. Deze techniek is een echte medische doorbraak, met een toenemend aantal leukemie- en lymfoompatiënten die volledige remissies ervaren sinds CAR T-therapie in 2017 door de FDA werd goedgekeurd.

Dit type therapie is niet zonder uitdagingen, echter. Het engineeren van de T-cellen van een patiënt is arbeidsintensief en duur. En als het gelukt is, de veranderingen in het immuunsysteem maken patiënten onmiddellijk erg ziek voor een korte periode, met symptomen zoals koorts, misselijkheid en neurologische effecten.

Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania hebben een nieuwe technische techniek gedemonstreerd die, omdat het minder toxisch is voor de T-cellen, kan een ander mechanisme mogelijk maken om de manier waarop ze kanker herkennen te veranderen.

Behandelingskuren met T-cellen die dit mechanisme gebruiken, kunnen voor patiënten minder bijwerkingen hebben.

De nieuwe technische techniek van de onderzoekers omvat het transporteren van boodschapper-RNA (mRNA) over het membraan van de T-cel via een op lipiden gebaseerd nanodeeltje, in plaats van een gemodificeerd hiv-virus te gebruiken om het DNA van de cel te herschrijven. Het gebruik van de eerste benadering zou de voorkeur hebben, omdat het slechts een tijdelijke verandering in het immuunsysteem van de patiënt teweegbrengt, maar de huidige standaardmethode om mRNA langs het celmembraan te krijgen, kan te toxisch zijn om te gebruiken op het beperkte aantal T-cellen dat uit een patiënt kan worden geëxtraheerd.

De onderzoekers demonstreerden hun techniek in een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters . Het werd geleid door Michael Mitchell, Skirkanich universitair docent innovatie bij de afdeling Bio-engineering van Penn's School of Engineering and Applied Science, en Margaret Billingsley, een afgestudeerde student in zijn lab.

Ze werkten samen met een van de pioniers van CAR T-therapie:Carl June, de Richard W. Vague Professor in Immunotherapie en directeur van het Center for Cellular Immunotherapies in het Abramson Cancer Center en de directeur van het Parker Institute for Cancer Immunotherapy aan de Penn's Perelman School of Medicine.

CAR T-therapie omvat het manipuleren van de eigen T-cellen van een patiënt, zodat ze chimere antigeenreceptoren tot expressie brengen, de "CAR" van "CAR T, Deze receptoren stellen de T-cellen in staat kankercellen te herkennen als vreemde indringers en ze uit het lichaam te verwijderen. De huidige technische technieken omvatten het verwijderen van een aantal T-cellen van een patiënt, hun DNA herschrijven met een virus zodat ze deze CAR's tot expressie brengen, om ze vervolgens weer in de patiënt te injecteren.

"Deze virale engineeringmethode produceert T-cellen met permanente CAR-expressie, maar dat leidt tot ernstige bijwerkingen, aangezien de CAR T-cellen actief blijven in de patiënt, zelfs na het uitroeien van kankercellen, ", zegt Billingsley. "MRNA gebruiken om CAR T-cellen te genereren, echter, creëert T-cellen met voorbijgaande CAR-expressie. Dit zou clinici in staat kunnen stellen om CAR T-celtherapieën in doses toe te dienen om kankercellen te targeten zonder daarbij zoveel gezonde cellen te beschadigen, waardoor de bijwerkingen worden verzacht."

Een dergelijke benadering heeft nog geen klinische grip gekregen, aangezien de methoden om mRNA in T-cellen te krijgen nog steeds beperkt zijn. De huidige standaard, elektroporatie, waarbij het celmembraan wordt geperforeerd met een elektrische puls, is geen aantrekkelijke optie, omdat het zeer invasieve proces een hoog risico heeft om de T-cel te doden of de functionaliteit ervan te beïnvloeden. Zelfs wanneer geoptimaliseerd, elektroporatie resulteert vaak in celdood in 50 procent van de cellen tijdens het celproductieproces.

Gezien de kosten, moeilijkheid en inzet in verband met het verwerven van deze cellen van een CAR T-patiënt, een veel minder toxische methode voor het introduceren van mRNA is nodig voordat deze techniek een levensvatbaar alternatief is voor de DNA-bewerkingsbenadering.

Mitchel, Billingsley en hun collega's gingen dus op zoek naar een geschikt leveringsplatform om mRNA langs het membraan van de T-cel te sluipen in voldoende hoeveelheden om ze in de gewenste receptoreiwitten te vertalen.

Echter, omdat T-cellen niet gemakkelijk materiaal uit hun omgeving opnemen, het vinden van het juiste nanodeeltje voor deze toepassing was een uitdaging. Verder, het zou cruciaal zijn dat het platform zowel zeer efficiënte levering als lage cytotoxiciteit omvat - een zeldzame combinatie.

"Bij het afleveren van therapeutisch mRNA in cellen, je moet altijd een balans vinden tussen potentie en toxische bijwerkingen, Mitchell zegt. "Ons laboratorium heeft ioniseerbare lipide-nanodeeltjes ontwikkeld die veilig celmembranen kunnen passeren, maar laat specifiek therapeutisch mRNA vrij wanneer het moet worden vrijgegeven. Wij zien dit als een groot voordeel, als de huidige klinische standaard, elektroporatie, doodt een groot deel van de T-cellen van de patiënt."

"Verder, " hij zegt, "We zien het als een platformtechnologie voor de levering van T-cellen, omdat we mRNA's kunnen maken voor verschillende therapeutische CAR's, of andere therapeutische receptoren, heel snel door simpelweg de mRNA-sequentie te veranderen, en daarom met een verscheidenheid aan therapeutische toepassingen."

Met in vitro experimenten, de onderzoekers toonden aan dat hun nanodeeltjes CAR T-cellen genereerden die net zo effectief waren in het doden van kankercellen als de viraal gemanipuleerde CAR T-cellen die momenteel klinisch worden gebruikt. De volgende stappen zijn onder meer in vivo-onderzoeken naar de effecten van dit toedieningssysteem, het onderzoeken van de effecten van voorbijgaande CAR-expressie op therapeutische werkzaamheid en bijwerkingen.

"Gezien de toenemende gereedschapskist van RNA-therapieën, nanodeeltjesafgifte van RNA heeft brede toepassingen voor T-cel-engineering, waaronder genetische bewerking van T-cel-DNA en modulatie van eiwitexpressie, " zegt juni.