Designové imunitní buňky pro výrobu léků a bezpečnost léků

V reakční nádobě Prof. Nico Lachmann nepřetržitě vyrábí specifické zralé imunitní buňky z indukovaných pluripotentních kmenových buněk. © Fraunhofer ITEM / Prof. Lachmann používá různé škálovatelné systémy k nepřetržité výrobě specifických zralých lidských imunitních buněk z indukovaných pluripotentních kmenových buněk. © Fraunhofer ITEM

Abyste se vyhnuli pokusům na zvířatech a mohli testovat terapeutika ještě přesněji, stále více farmaceutických společností využívá lidské imunitní buňky. Jejich dostupnost však dosud byla omezená. Výzkumníci z Fraunhoferu se jim podařilo převést výrobu na míru šitelných imunitních buněk z laboratorního měřítka na průmyslovou výrobu.

Ať už jde o nové léčby rakoviny nebo vývoj a testování nových léků – v moderní medicíně hrají lidské imunitní buňky a imunologické preparáty stále důležitější roli. Aby je bylo možné získat pro zdravotní výzkum, byla průmyslová odvětví dlouho závislá na lidských dárcích nebo využívala buněčné linie různých typů rakoviny. Problémem bylo, že tyto procesy nebylo možné standardizovat, protože každý člověk a každá rakovina je jedinečná. Velkým průlomem bylo objevení dvou vědců zabývajících se kmenovými buňkami z Japonska a Velké Británie: v roce 2006 se jim podařilo přeměnit zralé kožní buňky na takzvané indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC), které se následně mohou dále vyvíjet do různých typů buněk. Za to získali Yamanaka a Gurdon v roce 2012 nejrychlejší Nobelovu cenu v historii medicíny.

Tato iPSC – a jejich vlastnost, že se mohou neomezeně dělit a diferencovat – jsou využívány profesorem Nico Lachmannem a jeho týmem z Fraunhoferova institutu pro toxikologii a experimentální medicínu ITEM a Lékařské univerzity Hannover MHH. Výzkumníci vyvinuli dosud jedinečný postup, jak z těchto iPSC kontinuálně vyrábět specifické, zralé imunitní buňky – a to v škálovatelných systémech, od malého měřítka až po průmyslové použití. To se děje v zařízení, které připomíná velkou sněhovou kouli. Kmenové buňky jsou vloženy do roztoku a neustále udržovány v pohybu. Pomocí nových bioprocesů pak kontinuálně produkují požadované imunitní buňky. Teprve po přibližně třech měsících je třeba iPSC obnovit, aby byla zajištěna stálá kvalita.

Imunitní buňky ve velkém měřítku

Hlavní výhodou tohoto postupu je, že je navržen v 3D, zatímco dříve v 2D na dně Petriho misky. Díky tomu je možné vyrábět výrazně větší množství těchto designových imunitních buněk. Měřítko je přitom libovolně rozšiřitelné. Profesor Lachmann zdůrazňuje: „Tři roky jsme zkoumali, jaké médium, jaký úhel, jaká rychlost jsou optimální pro standardizovanou výrobu imunitních buněk z iPSC a mnohdy jsme upravovali různé parametry. Tato optimalizovaná metoda je velkým přínosem pro výzkum a hodnocení kandidátních léků, protože můžeme jejich účinnost a bezpečnost přímo testovat na lidských cílových strukturách, aniž bychom museli využívat pokusy na zvířatech.“

Jeho skupina se nejprve specializovala na makrofágy, tedy fagocytární buňky, které jsou důležitou součástí lidské imunitní odpovědi například při boji proti bakteriím. V dalším kroku chtějí profesoři Lachmann a jeho tým vybudovat takzvané zkoušky účinnosti založené na buňkách (například pro rakovinné léky). Tyto testovací systémy dokážou měřit biologickou účinnost léků z oblasti biotechnologií a hrají klíčovou roli při kontrole kvality a schvalování účinných látek a léků. Na základě jejich klíčové technologie pro kontinuální výrobu makrofágů chtějí výzkumníci také vyvíjet nové výrobní postupy pro různé plně standardizované imunologické produkty a buněčné imunoterapie a tím odemykat další možnosti využití.

Široké spektrum využití

Potenciál těchto designových imunitních buněk je obrovský: například jsou geneticky upravitelné tak, že při detekci kontaminace v lécích začnou svítit. Tyto kontaminace jsou doposud velmi obtížně odhalitelné. Umělé kožní tkáně, na kterých se dnes již testují kosmetické produkty, by mohly – obohacené o imunitní buňky – lépe napodobit reakce lidského organismu. Další možností je například kontrola kvality ovzduší pomocí těchto buněk, protože při vdechování právě makrofágy a jiné imunitní buňky jako první reagují na škodlivé látky ve vzduchu. A nesmíme zapomenout na terapeutickou sílu: v budoucnu by mohly specificky upravené, uměle vyrobené imunitní buňky léčit například rakovinu přímo v těle pacientů.

Není tedy překvapením, že farmaceutické firmy, výrobci kosmetiky i výzkumné organizace již dnes mají velký zájem o tento postup a o designové imunitní buňky. „Požadavek nás utvrzuje v tom, že technologie má velký potenciál pro praktické využití. To právě zjišťujeme,“ těší se Nico Lachmann.