محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و دانشگاه کارولینای شمالی در چاپل هیل یک بیوتکنولوژی کاشتنی ایجاد کرده اند که سلول های CAR-T را برای حمله به تومورهای سرطانی تولید و آزاد می کند. در یک مطالعه اثبات مفهومی که شامل لنفوم در موش ها بود، محققان دریافتند که درمان با ایمپلنت سریع تر و موثرتر از درمان سرطان سلول CAR-T معمولی است.
سلول های T بخشی از سیستم ایمنی هستند که وظیفه دارند سلول هایی را در بدن که به یک پاتوژن مهاجم آلوده شده اند شناسایی و از بین ببرند. سلول های CAR-T سلول های T هستند که برای شناسایی سلول های سرطانی و از بین بردن آنها مهندسی شده اند. سلول‌های CAR-T در حال حاضر در استفاده بالینی برای درمان لنفوم‌ها هستند، و آزمایش‌های بالینی زیادی در حال انجام است که بر روی استفاده از درمان‌های سلول‌های CAR-T علیه سایر اشکال سرطان متمرکز شده‌اند.
یوگنی برودنو، نویسنده مسئول این مطالعه و استادیار بخش مهندسی زیست پزشکی مشترک در ایالت NC و UNC می‌گوید: «یک اشکال عمده درمان سلول‌های CAR-T این است که بسیار گران است – صدها هزار دلار در هر دوز.» .
برودن می گوید: “به دلیل هزینه آن، بسیاری از مردم از این درمان محروم هستند. یکی از دلایل هزینه بالای این درمان این است که فرآیند تولید پیچیده، زمان بر است و باید برای هر بیمار سرطانی به طور جداگانه تنظیم شود.” ما می‌خواستیم به چالش‌های مربوط به درمان CAR-T مربوط به زمان و هزینه ساخت بپردازیم.»
پریتا آگاروالا، نویسنده ارشد این مطالعه و محقق فوق دکترا در بخش مهندسی پزشکی مشترک، می‌گوید: «کاهش زمان تولید برای بیماران مبتلا به بیماری به سرعت در حال پیشرفت بسیار حیاتی‌تر است.
برای مقابله با این چالش، محققان یک بیوتکنولوژی به نام داربست های آلژینات چند منظوره برای مهندسی و انتشار سلول های T (MASTER) ایجاد کردند. این کار با مشارکت Gianpietro Dotti، استاد گروه میکروبیولوژی و ایمونولوژی و یکی از رهبران برنامه ایمونولوژی در مرکز سرطان Lineberger در UNC انجام شد. و فرانسیس لیگلر، استاد مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه A&M تگزاس.
برای درک نحوه عملکرد MASTER، باید نحوه تولید سلول های CAR-T را بدانید. پزشکان ابتدا سلول های T را از بیماران جدا می کنند و آنها را به یک مرکز تولید تمیز منتقل می کنند. در این مرکز، محققان سلول‌های T را با آنتی‌بادی‌ها در طی چند روز «فعال» می‌کنند و آنها را برای برنامه‌ریزی مجدد آماده می‌کنند. هنگامی که سلول های T فعال می شوند، محققان از ویروس ها برای معرفی ژن CAR استفاده می کنند و سلول های T را به سلول های CAR-T که سلول های سرطانی را هدف قرار می دهند، برنامه ریزی مجدد می کنند. سپس محققان فاکتورهایی را برای تحریک سلول های CAR-T برای تکثیر اضافه می کنند و تعداد آنها را افزایش می دهند. در نهایت، پس از تکمیل این دستکاری‌ها – فرآیندی که ممکن است هفته‌ها طول بکشد – سلول‌ها به بیمارستان بازگردانده می‌شوند و به جریان خون بیمار تزریق می‌شوند.
آگاروالا می‌گوید: «فناوری MASTER ما مراحل فعال‌سازی، برنامه‌ریزی مجدد و گسترش دست‌وپاگیر و زمان‌بر را انجام می‌دهد و آنها را در داخل بیمار انجام می‌دهد. این فرآیند چند هفته ای را به یک روش یک روزه تبدیل می کند.”
MASTER یک ماده زیست سازگار و اسفنج مانند با ظاهر و احساس یک مینی مارشمالو است. برای شروع درمان، محققان سلول های T را از بیمار جدا می کنند و این سلول های T ساده (یا غیرفعال نشده) را با ویروس مهندسی شده مخلوط می کنند. محققان این مخلوط را روی MASTER می ریزند که آن را جذب می کند. MASTER با آنتی بادی هایی تزئین شده است که سلول های T را فعال می کنند، بنابراین فرآیند فعال سازی سلول تقریباً بلافاصله شروع می شود. در همین حال، MASTER از طریق جراحی به بیمار – در این مطالعات، یک موش – کاشته می شود.
پس از کاشت، فرآیند فعال سازی سلولی ادامه می یابد. هنگامی که سلول های T فعال می شوند، شروع به پاسخ دادن به ویروس های اصلاح شده می کنند که آنها را دوباره به سلول های CAR-T برنامه ریزی می کند.
آگاروالا می‌گوید: منافذ بزرگ و ماهیت اسفنج مانند ماده MASTER، ویروس و سلول‌ها را به هم نزدیک می‌کند، که برنامه‌ریزی مجدد ژنتیکی سلولی را تسهیل می‌کند.
ماده MASTER همچنین با عواملی به نام اینترلوکین ها آغشته شده است که تکثیر سلولی را تقویت می کند. پس از کاشت، این اینترلوکین‌ها شروع به شسته شدن می‌کنند و باعث تکثیر سریع سلول‌های CAR-T می‌شوند.
برودونو می گوید: «مهندسی مواد به گونه ای که خشک باشد و ترکیبی از سلول های T و ویروس را جذب کند، بسیار مهم است. “اگر سعی کنید این کار را با اعمال سلول های T و ویروس بر روی MASTER مرطوب انجام دهید، کار نمی کند.”
در این مطالعات، محققان با موش هایی که مبتلا به لنفوم بودند، کار کردند. یک گروه با سلول های CAR-T که با استفاده از MASTER ایجاد و تحویل داده شدند، درمان شدند. گروه دوم با سلول های CAR-T که به طور معمول ایجاد شده و به صورت داخل وریدی تحویل داده شدند، تحت درمان قرار گرفتند. این دو گروه با گروه کنترل دریافت کننده سلول های T غیر مهندسی مقایسه شدند.
برودونو می گوید: «فناوری ما بسیار خوب عمل کرد. ساخت سلول‌های CAR-T از سلول‌های T ساده برای استفاده بالینی حداقل دو هفته طول می‌کشد. ما توانستیم MASTER را در عرض چند ساعت پس از جداسازی سلول‌های T ساده به موش معرفی کنیم.
علاوه بر این، از آنجایی که سلول‌ها ظرف چند ساعت پس از جداسازی کاشته می‌شوند، حداقل دستکاری سلول‌های سالم‌تری ایجاد می‌کند که نشانگرهای کمتری مرتبط با عملکرد ضعیف ضد سرطانی در سلول‌های CAR-T را نشان می‌دهند. به طور خاص، تکنیک MASTER منجر به سلول هایی می شود که تمایز کمتری دارند، که به پایداری بهتر در بدن و قدرت ضد سرطانی بیشتر منجر می شود. علاوه بر این، سلول‌ها نشانگرهای کمتری از فرسودگی سلول T را نشان می‌دهند که با عملکرد ضعیف سلول T مشخص می‌شود.
آگاروالا می‌گوید: «نتیجه نهایی این است که موش‌هایی که درمان سلول‌های CAR-T را از طریق MASTER دریافت کردند، در مبارزه با تومورها بسیار بهتر از موش‌هایی بودند که درمان‌های معمولی با سلول‌های CAR-T دریافت کردند.»
هنگامی که موش ها با عود لنفوم مواجه شدند، بهبود اثربخشی ضد سرطان به ویژه در دراز مدت مشهود بود.
برودن می‌گوید: «فناوری MASTER در تومورهای مایع، مانند لنفوم، بسیار امیدوارکننده بود، اما ما به‌ویژه مشتاق هستیم که ببینیم MASTER چگونه در برابر تومورهای جامد – از جمله سرطان پانکراس و تومورهای مغزی عمل می‌کند».
“ما در حال کار با یک شریک صنعتی برای تجاری سازی این فناوری هستیم، اما هنوز کارهای زیادی باید انجام شود تا اینکه به صورت بالینی در دسترس قرار گیرد. کار بیشتر برای ایجاد ایمنی و استحکام این فناوری در مدل های حیوانی قبل از اینکه بتوانیم ضروری است. شروع به کاوش آزمایشات بالینی شامل بیماران انسانی کنید.”
در حالی که تخمین زدن هزینه درمان MASTER در صورت تایید نهایی برای استفاده بالینی غیرممکن است، برودونو می گوید که خوشبین است که هزینه آن بسیار کمتر از گزینه های درمانی موجود CAR-T باشد.
برودن می‌گوید: «ما همچنین در حال بررسی فرصت‌هایی با سایر شرکای صنعت برای استفاده از مفاهیم اساسی MASTER و استفاده از آنها برای استفاده در پزشکی احیاکننده و در درمان بیماری‌های خود ایمنی هستیم.
آگاروالا می‌گوید: «من احساس می‌کنم که ما فقط سطح آنچه را که در اینجا ممکن است می‌خراشیم.
این کار با حمایت مرکز بیوتکنولوژی کارولینای شمالی، تحت کمک هزینه فلش 2019-FLG-3812 انجام شد. از مرکز ملی پیشرفت علوم ترجمه؛ و از مؤسسه ملی بهداشت تحت کمک های مالی UL1TR002489، R01CA193140، R21-CA229938-01A1، T32CA196589 و R25NS094093.