В последние несколько лет волна открытий позволила усовершенствовать новые методы использования Т-клеток – типа белых кровяных телец – в лечении рака. Чтобы добиться успеха, клетки необходимо подготовить или научить определять и реагировать на молекулярные флаги, усеивающие поверхности раковых клеток. Работа по обучению Т-клеток таким образом обычно происходит в лимфатических узлах, небольших бобовидных железах, расположенных по всему телу, в которых находятся Т-клетки. Но у пациентов с раком и нарушениями иммунной системы этот процесс обучения ошибочен или не происходит.
Для устранения таких дефектов текущая бустерная терапия Т-лимфоцитами требует от врачей удаления Т-клеток из крови пациента с раком и инъекции клеток обратно пациенту после генной инженерии или активации клеток в лаборатории, чтобы они распознали рак. связанные молекулярные флаги.
Одно из таких методов лечения, называемое CAR-T-терапией, является дорогостоящим и доступно только в специализированных центрах с лабораториями, способными выполнять сложную задачу по конструированию Т-клеток. Кроме того, для культивирования Т-клеток в лабораториях обычно требуется от шести до восьми недель, и после повторного введения в организм клетки недолго сохраняются в организме пациента, поэтому эффект от лечения может быть кратковременным.
Новая работа, опубликованная 10 апреля в журнале Advanced Materials, представляет собой попытку ученых Джона Хопкинса найти более эффективный способ создания Т-клеток.
«Мы считаем, что окружение Т-клеток очень важно.
Биология не встречается на пластиковой посуде; это происходит в тканях ", – говорит доктор Джон Хики.D. кандидат биомедицинской инженерии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса и первый автор отчета об исследовании.
Чтобы сделать среду сконструированных Т-клеток более биологически реалистичной, Хики, работая со своими наставниками Хай-Цюань Мао, Ph.D., заместитель директора Института нанобиотехнологий Джонса Хопкинса и Джонатан Шнек, М.D., Ph.D., профессор патологии, медицины и онкологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса – попробовал использовать желеобразный полимер или гидрогель в качестве платформы для Т-клеток.
К гидрогелю ученые добавили два типа сигналов, которые стимулируют и «учат» Т-клетки оттачивать чужеродные цели для уничтожения.
В своих экспериментах Т-клетки, активированные на гидрогелях, производили на 50 процентов больше молекул, называемых цитокинами, маркером активации, чем Т-клетки, хранящиеся в пластиковых чашках для культивирования.
Поскольку гидрогели можно изготавливать на заказ, ученые из Джонса Хопкинса создали и протестировали ряд гидрогелей, от очень мягких на ощупь отдельных клеток до более жестких, как у заполненных клетками лимфатических узлов.
«Одним из удивительных открытий было то, что Т-клетки предпочитают очень мягкую среду, похожую на взаимодействие с отдельными клетками, в отличие от плотно упакованной ткани», – говорит Шнек.
Более 80 процентов Т-клеток на мягкой поверхности размножились, по сравнению ни с одним из Т-клеток на наиболее твердом типе гидрогеля.
Когда команда Джона Хопкинса поместила Т-клетки на мягкий гидрогель, они обнаружили, что количество Т-клеток увеличилось с нескольких до примерно 150 000 клеток – много для лечения рака – в течение семи дней. Напротив, когда ученые использовали другие традиционные методы для стимуляции и увеличения Т-клеток, они смогли культивировать только 20000 клеток в течение семи дней.
В следующей серии экспериментов ученые вводили Т-клетки, созданные либо в мягких гидрогелях, либо в пластиковых чашках для культивирования, мышам с имплантированной меланомой, смертельной формой рака кожи.
Опухоли у мышей с Т-клетками, культивированными на гидрогелях, оставались стабильными по размеру, и некоторые из мышей выживали более 40 дней. Напротив, опухоли росли у большинства мышей, которым вводили Т-клетки, культивированные в пластиковых чашках, и ни одна из этих мышей не жила более 30 дней.
«По мере того, как мы совершенствуем гидрогель и воспроизводим важные особенности окружающей среды, включая химические факторы роста, которые привлекают борющиеся с раком Т-клетки и другие сигналы, мы в конечном итоге сможем разработать искусственные лимфатические узлы для терапии на основе регенеративной иммунологии», говорит Шнек, член онкологического центра Джонса Хопкинса Киммела.
Ученые подали заявки на патенты, связанные с технологией гидрогеля, описанной в их отчете.