Imunologii si oncologii incearca sa profite de sistemul imunitar al corpului pentru a lupta impotriva cancerului si a altor boli, cu ajutorul tehnicilor de transfer de celule adoptive. In cazul unui raspuns imunitar normal, un tip de celule albe, cunoscute sub numele de celule T, sunt instruite de catre un alt tip de celule numite celule prezentatoare de antigen (APC) sa isi mareasca numarul pentru a ramane in viata.
Procedurile de transfer de celule adoptive imita exact acest proces intr-un vas de cultura prin prelevarea de celule T de la pacienti, multiplicarea lor, uneori modificarea lor genetica si apoi reintoarcerea lor la pacienti pentru ca apoi, spre exemplu, sa localizeze si sa distruga celulele canceroase. Cu toate acestea, aceste proceduri dureaza de obicei saptamani intregi pentru a produce celule T terapeutice care sa fie suficient de mari si de reactive pentru a putea elimina celule tinta.
O echipa condusa de David Mooney de la Institutul Wyss de la Harvard si John A. Paulson de la Scoala de Inginerie si Stiinte Aplicate au consemnat in Nature Biotechnology o metoda alternativa pentru expansiunea celulelor T ce ar putea ajuta la depasirea acestor obstacole. Cu ajutorul unui scaffold realizat dintr-un biomaterial ce imita celulele prezentatoare de antigen, cercetatorii au obtinut o mai mare expansiune a celulelor T primare la soareci si la oameni, decat expansiunea obtinuta cu metodele existente. Cercetatorii au demonstrat potentialul acestei abordari intr-un model de limfom tratat cu receptori de antigen himeric (celule CAR-T), ce sunt proiectati pentru a distruge celulele canceroase.
“Abordarea noastra imita indeaproape modul in care celulele APC stimuleaza membranele exterioare ale celulelor T primare si modul in care acestea elibereaza factori solubili pentru a spori rata de supravietuire a celulelor T. Ca urmare, obtinem o expansiune mai mare si mai rapida a celulelor. Prin variatia componentelor de lipide, enzime si factori difuzabili din scaffold-uri, am creat o platforma foarte versatila si flexibila, ce poate fi folosita pentru a amplifica populatii specifice de celule T din probe de sange, aceasta avand aplicabilitate in terapii existente, precum terapiile cu celule CAR-T”, a spus Prof. Dr. Mooney, membru de baza Institutului Wyss si responsabil pentru Platforma de Imunomateriale.
Pentru a proiecta un scaffold ce imita celulele APC, echipa a ales sa printeze intai mici tije de siliciu mezoporos (MSR) cu Interleukin 2 (IL-2) – un factor produs de celulele APC ce prelungeste rata de supravietuire a celulelor T asociate – cu ajutorul unui bioprinter 3D. Materialul MSR a fost apoi acoperit cu lipide, formand o pelicula subtire bistratificata din lipide (SLB), ce se aseamana cu membrana exterioara a celulelor APC. Apoi, cercetatorii au adaugat anticorpi pentru stimularea celulelor T, anticorpi ce raman mobili in stratul de lipide si formeaza legaturi cu moleculele receptoare/co-receptoare de la suprafata celulelor T. In mediul de cultura, scaffold-urile 3D s-au format in mod spontan prin aranjarea aleatoare a tijelor, creandu-se pori suficient de mari pentru a permite intrarea, deplasarea si acumularea celulelor T, pentru multiplicarea lor ulterioara.
Facand o serie de comparatii, echipa lui Mooney a demonstrat ca scaffold-urile ce imita celulele APC au performat mai bine decat metodele ce implica folosirea materialului comercial cunoscut sub numele de Dynabeads, ce este folosit in prezent pentru abordari clinice adoptive de transfer celular. “Dintr-o singura doza, scaffold-urile ce imita APC a dus la o expansiune de doua pana la zece ori mai mare a celulelor T primare, atat la soareci, cat si la oameni, decat in cazul utilizarii materialului Dynabeads. Ca un alt avantaj, scaffold-urile ce imita celulele APC ne-au permis sa adaptam anumite subpopulatii de celule T cu roluri diferite, pentru obtinerea de raspunsuri imunologice dorite, ceea ce in viitor poate creste functionalitatea lor”, a spus David Zhang, al doilea autor al studiului.
Pornind de la aceste rezultate, cercetatorii au demonstrat utilitatea platformei lor pentru expansiunea celulelor T. “In urma descoperirilor recente din domeniul terapiilor cu celule CAR-T, am demonstrat ca expansiunea celulelor CAR-T cu ajutorul unui scaffold ce imita celulele APC ar putea sa faciliteze tratamentul cancerului“, a spus Prof. Dr. Alexander Cheung, care a initiat proiectul in cadrul echipei lui Mooney si in prezent este cercetator la UNUM Therapeutics, in Cambridge, Massachusetts. Un scaffold ce a fost proiectat pentru a activa un tip specific de celule CAR-T a reusit sa genereze un numar mai mare de celule T modificate decat in cazul folosirii materialului Dynabeads, celulele rezultate avand o eficienta similara in distrugerea celulelor canceroase la soareci.
Dupa utilizarea cu succes a biomaterialului pentru a creste numarul de celule T prezente intr-o proba, echipa a demonstrat faptul ca scaffold-urile ce imita celulele APC ar putea fi folosite de asemenea pentru a creste numarul de clone ale celulelor T cu antigen, intr-un amestec mai complex de celule. Asemenea clone de celule T sunt create constant de catre sistemul imunitar pentru a recunoaste mici peptide specifice continute in proteine straine. In acest scop, cercetatorii au incorporat molecule ce sunt cunoscute sub numele de complex major de histocompatibilitate (MHC) in scaffold-uri, acestea prezentand mici peptide derivate din proteine virale.
“Bazandu-ne de asemenea pe studii in care am aratat ca scaffold-urile ce imita celulele APC au potential superior pentru a multiplica sub-populatii rare de celule T din sange, noi credem cu tarie ca am creat o platforma eficienta ce ar putea facilita imunoterapii mai precise”, a spus Cheung.
“Scaffold-urile create prin Platforma de Imunomateriale a Institutului Wyss ar putea accelera succesul a multor abordari imunoterapeutice din clinica, avand un impact major pentru o gama larga de pacienti, pe langa alte metode folosite pentru avansarea medicinei personalizate”, a spus Prof. Dr. Donal Ingber, fondator a Institutului Wyss.