Een nieuwe studie benadrukt het potentieel van kunstmatige DNA-structuren die, wanneer ze zijn uitgerust met antilichamen, het immuunsysteem instrueren zich specifiek op kankercellen te richten.

Immunotherapie wordt gezien als een uitzonderlijk veelbelovend wapen in de strijd tegen kanker. In essentie is het de bedoeling om het immuunsysteem van het lichaam zodanig te activeren dat het kwaadaardige cellen identificeert en vernietigt. De vernietiging moet echter zo effectief en specifiek mogelijk zijn om schade aan gezonde cellen te voorkomen.

Een team van onderzoekers van LMU, de Technische Universiteit van München (TUM) en Helmholtz München heeft nu een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Nanotechnology waarin ze een veelbelovende methode presenteren voor het ontwikkelen van door de gebruiker gedefinieerde agenten die precies dat kunnen doen.

"Het middelpunt is een klein chassis van gevouwen DNA-strengen die specifiek kunnen worden voorzien van antilichamen", legt professor Sebastian Kobold, een van de hoofdauteurs, uit. In het Universitair Ziekenhuis van München heeft zijn team de impact van de nieuwe substraten zowel in vitro als in vivo onderzocht.

DNA-origami gebruiken om T-cellen te rekruteren

Deze nieuwe klasse van middelen, genaamd 'programmeerbare T-cel-engagers' (PTE's), wordt gemaakt met DNA-origami, een nanotechnologie waarin zelfvouwende DNA-strengen zichzelf samenvoegen tot een structuur die van tevoren op een computer is gesimuleerd. Door hun ontwerp kunnen verschillende antilichamen op vier posities worden bevestigd.

Aan de ene kant worden antilichamen toegevoegd die zich specifiek binden aan bepaalde tumorcellen, aan de andere kant worden antilichamen gemonteerd die door de T-cellen van het immuunsysteem worden herkend. T-cellen vernietigen vervolgens de gemarkeerde cellen. "Deze aanpak stelt ons in staat allerlei verschillende PTE's te produceren en deze aan te passen voor optimale effecten", zegt dr. Adrian Gottschlich, een van de hoofdauteurs van het onderzoek.

"In theorie zijn oneindig veel combinaties mogelijk, waardoor PTE een veelbelovend platform is voor de behandeling van kanker." De wetenschappers produceerden 105 verschillende combinaties van antilichamen voor het onderzoek en testten ze in vitro om te zien hoe specifiek ze zich aan de doelcellen hechtten en hoe succesvol ze waren in het rekruteren van T-cellen. De combinaties konden modulair worden gegenereerd, zonder de voorafgaande, zeer tijdrovende optimalisatie van de antilichamen.

Het team kon bewijzen dat ruim 90% van de kankercellen na 24 uur vernietigd was. Om erachter te komen of dit ook werkte bij levende organismen, onderzochten professor Kobold en zijn collega’s of PTE’s ook kankercellen in tumordragende organismen herkennen en de vernietiging ervan veroorzaken. "We konden bewijzen dat onze PTE's gemaakt van DNA-origami-structuren ook in vivo werken", zegt Gottschlich.

Veelzijdig en door de gebruiker gedefinieerd

Gottschlich legt uit dat dankzij de mogelijkheid om tegelijkertijd verschillende antilichamen te monteren, tumorcellen veel nauwkeuriger kunnen worden gericht. Het is ook gemakkelijker om de activering van het immuunsysteem te controleren. Dit vergroot de vooruitzichten op een succesvolle behandeling van kanker door nauwkeuriger onderscheid te maken tussen zieke en gezonde cellen en zo bijwerkingen te minimaliseren. In het licht van de modulaire aard, het aanpassingsvermogen en de hoge mate van adresseerbaarheid van de DNA-origami-technologieën verwachten de onderzoekers dat een breed spectrum aan complexe en zelfs logisch gecontroleerde immunotherapieplatforms kan worden ontwikkeld.

TUM-wetenschappers Dr. Klaus Wagenbauer, Dr. Benjamin Kick, Dr. Jonas Funke en Professor Hendrik Dietz behoren allemaal tot de oprichters van Plectonic Biotech GmbH, dat de technologie die ten grondslag ligt aan PTE's verder wil ontwikkelen en op de markt wil brengen. Sebastian Kobold zegt:"Wij geloven dat onze bevindingen het klinisch testen van DNA-nanotechnologieën mogelijk zullen maken en het potentieel zullen aantonen van biomoleculaire, op DNA-origami gebaseerde engineeringstrategieën voor medische toepassingen."

Meer informatie: Klaus F. Wagenbauer et al, Programmeerbare multispecifieke op DNA-origami gebaseerde T-cel-engagers, Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01471-7

Journaalinformatie: Natuurnanotechnologie

Aangeboden door Ludwig Maximilian Universiteit München