Nanodrähte schaffen Elitekämpfer zur Verbesserung der T-Zelltherapie

Die adoptive T-Zelltherapie hat die Medizin revolutioniert. Die T-Zellen eines Patienten – eine Art weißer Blutkörperchen, die Teil des körpereigenen Immunsystems sind – werden im Labor entnommen und modifiziert und dann wieder in den Körper infundiert, um dort Infektionen oder Krebszellen aufzuspüren und zu zerstören.

Jetzt haben der Bioingenieur Ankur Singh vom Georgia Institute of Technology und sein Forschungsteam eine Methode entwickelt, um diese bahnbrechende Immuntherapie zu verbessern.

Ihre Lösung besteht darin, mithilfe von Nanodrähten therapeutische miRNA an T-Zellen zu liefern. Dieser neue Modifikationsprozess bewahrt den naiven Zustand der Zellen, was bedeutet, dass sie bei der erneuten Verabreichung an einen Patienten noch besser gegen Krankheiten kämpfen können.

„Indem wir naiven T-Zellen miRNA zugeführt haben, haben wir im Grunde eine Infanterie vorbereitet, die einsatzbereit ist“, sagte Singh. „Und wenn diese naiven Zellen bei Vorhandensein einer Krankheit stimuliert und aktiviert werden, ist es, als ob sie in Samurais verwandelt worden wären.“

Schlank und effizient

Bei der adoptiven T-Zelltherapie werden die Zellen derzeit im Labor stimuliert und voraktiviert, wenn sie modifiziert werden, wodurch sie ihren naiven Zustand verlieren. Singhs neue Technik überwindet diese Einschränkung. Der Ansatz wird in einer neuen Studie beschrieben. veröffentlicht im Journal Natur Nanotechnologie.

„Naive T-Zellen sind für die Immuntherapie nützlicher, da sie noch nicht voraktiviert wurden. Das heißt, sie können leichter manipuliert werden, um die gewünschten therapeutischen Funktionen zu übernehmen“, sagte Singh, Carl Ring Family Professor an der Woodruff School of Mechanical Engineering und dem Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering.

Die unerfahrenen Rekruten des Immunsystems, naive T-Zellen, sind weiße Blutkörperchen, die noch nicht im Kampf getestet wurden. Aber diese Zellrekruten sind robust, beeinflussbar und anpassungsfähig – bereit und begierig darauf, programmiert zu werden.

„Durch diesen Prozess entsteht eine gut programmierte naive T-Zelle, die sich ideal zur Verstärkung der Immunreaktion gegen bestimmte Ziele wie Tumore oder Krankheitserreger eignet“, sagte Singh.

Die präzise Programmierung naiver T-Zellen legt den Grundstein für eine im Vergleich zu voraktivierten Zellen erfolgreichere Bekämpfung von Krankheiten in der Zukunft.

Den Abwehrzellen einen Schub geben

Im Körper werden naive T-Zellen aktiviert, wenn sie ein Gefahrensignal von Antigenen erhalten, die Teil krankheitserregender Erreger sind. Sie senden jedoch ein Signal an T-Zellen, die das Immunsystem aktivieren.

Die adoptive T-Zelltherapie wird gegen aggressive Erkrankungen eingesetzt, die das Abwehrsystem des Körpers überfordern. Im Labor versetzen Wissenschaftler die T-Zellen des Patienten in die Lage, sie therapeutisch zu stärken, indem sie sie mit zusätzlichen Medikamenten beladen und chemisch voraktivieren.

In diesem Moment verlieren die Zellen ihren naiven Zustand. Wenn sie dem Patienten wieder zugeführt werden, sind diese modifizierten T-Zellen eine wirksame Infanterie gegen die Krankheit – aber sie sind anfällig für Erschöpfung. Sie sind keine Samurai. Naive T-Zellen könnten es jedoch sein, da sie junge, programmierbare Rekruten sind.

Die Frage für Singh und sein Team war: Wie können wir Zellen diesen therapeutischen Schub geben, ohne sie vorab zu aktivieren und dadurch ihren ursprünglichen, leicht beeinflussbaren naiven Zustand zu verlieren? Ihre Antwort: Nanodrähte.

NanoPrecision: Die spitze Lösung

Singh wollte naive T-Zellen mit einer Dosis miRNA verstärken. miRNA ist ein Molekül, das bei therapeutischer Anwendung als eine Art Lautstärkeregler für Gene fungiert und deren Aktivität erhöht oder verringert, um Infektionen und Krebs in Schach zu halten. Die miRNA für diese Studie wurde zum Teil vom Co-Autor der Studie, Andrew Grimson von der Cornell University, entwickelt.

„Wenn wir einen Weg finden könnten, gewaltsam in die Zellen einzudringen, ohne sie zu beschädigen, könnten wir unser Ziel erreichen, die miRNA in naive T-Zellen einzuschleusen, ohne sie vorab zu aktivieren“, erklärte Singh.

Bei herkömmlichen Modifikationen im Labor werden Immunrezeptoren an T-Zellen gebunden, wodurch die Aufnahme von miRNA oder genetischem Material ermöglicht wird (was zum Verlust des naiven Zustands führt). „Nanodrähte binden jedoch keine Rezeptoren und aktivieren daher keine Zellen, sodass sie ihren naiven Zustand beibehalten“, sagte Singh.

Die Nanodrähte, Siliziumscheiben, die mit Spezialwerkzeugen am Institut für Elektronik und Nanotechnologie des Georgia Institute of Technology hergestellt werden, bilden ein feines Nadelbett. Auf die Nanodrähte werden Zellen gelegt, die leicht in die Zellen eindringen und über mehrere Stunden ihre miRNA abgeben. Dann werden die Zellen mit der miRNA aus den Spitzen der Nanodrähte herausgespült, aktiviert und schließlich wieder in den Patienten infundiert. Diese programmierten Zellen können Feinde über einen längeren Zeitraum hinweg effizient töten.

„Wir glauben, dass dieser Ansatz einen echten Wendepunkt für adoptive Immuntherapien darstellen wird, weil wir nun in der Lage sind, T-Zellen mit vorhersehbarem Schicksal zu produzieren“, sagt Brian Rudd, Professor für Immunologie an der Cornell University und gemeinsam mit Singh Co-Autor der Studie.

Für diese Studie testeten die Forscher ihre Arbeit an zwei verschiedenen Tiermodellen für Infektionskrankheiten in Cornell, und Singh beschrieb die Ergebnisse als „eine robuste Leistung bei der Infektionskontrolle“.

In der nächsten Studienphase werden die Forscher den Einsatz erhöhen und von Infektionskrankheiten abgehen, um ihre zellulären Supersoldaten gegen Krebs zu testen und sich der Übertragung in den klinischen Bereich zuzuwenden.