Cellule immunitarie di design per la produzione e la sicurezza dei farmaci

In un contenitore di reazione, il Prof. Nico Lachmann produce continuamente cellule immunitarie mature specifiche da cellule staminali pluripotenti indotte. © Fraunhofer ITEM / Il Prof. Lachmann utilizza diversi sistemi scalabili per produrre continuamente cellule immunitarie umane mature specifiche da cellule staminali pluripotenti indotte. © Fraunhofer ITEM

Per evitare sperimentazioni animali e testare i terapeutici in modo ancora più preciso, l'industria farmaceutica si sta sempre più rivolgendo alle cellule immunitarie umane. La loro disponibilità era finora limitata. Ricercatori del Fraunhofer sono riusciti a trasferire la produzione di cellule immunitarie su misura dal laboratorio alla produzione industriale.

Sia per nuove terapie contro il cancro sia per lo sviluppo e il test di nuovi farmaci – nella medicina moderna, le cellule immunitarie umane e i preparati di cellule immunitarie assumono un ruolo sempre più importante. Per ottenerle per la ricerca sanitaria, l'industria dipendeva a lungo da donatori umani o utilizzava linee cellulari di vari tipi di tumore. Il problema: i processi non potevano essere standardizzati, poiché ogni persona e ogni cellula tumorale sono uniche. Una svolta è stata una scoperta di due ricercatori di cellule staminali dal Giappone e dal Regno Unito: nel 2006 sono riusciti a trasformare cellule della pelle mature in cosiddette cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), che successivamente possono differenziarsi in diversi tipi di cellule. Per questo, Yamanaka e Gurdon hanno ricevuto nel 2012 il più rapido Premio Nobel della storia della medicina.

Queste iPSC – e la loro capacità di dividersi e differenziarsi illimitatamente – sono sfruttate dal Prof. Nico Lachmann e dal suo team dell'Istituto Fraunhofer per Tossicologia e Medicina Sperimentale ITEM e dall'Università Medica di Hannover MHH. I ricercatori hanno sviluppato una procedura finora unica nel suo genere per produrre continuamente cellule immunitarie specifiche e mature da queste iPSC – e farlo in sistemi scalabili, dal piccolo laboratorio fino all'uso industriale. Ciò avviene in un dispositivo che ricorda una grande palla di neve. Le cellule staminali vengono inserite in una soluzione e mantenute in movimento costante. Tramite nuovi processi biologici, producono continuamente le cellule immunitarie desiderate. Solo dopo circa tre mesi, le iPSC devono essere rinnovate per garantire una qualità costante.

Cellule immunitarie su larga scala

Il punto forte del metodo: è progettato in 3D, invece che in 2D sul fondo di una piastra di Petri, come avveniva finora. In questo modo, si possono produrre quantità molto maggiori di cellule immunitarie di design. La scala è espandibile a piacere. Il Prof. Lachmann sottolinea: «Abbiamo trascorso tre anni a sperimentare quale mezzo, quale angolo, quale velocità siano ottimali per la produzione standardizzata di cellule immunitarie da iPSC e a regolare continuamente molti parametri. Il metodo così ottimizzato rappresenta un grande vantaggio per la ricerca e la valutazione di candidati farmaci, perché possiamo testarne efficacia e sicurezza direttamente sulle strutture umane target, senza dover passare attraverso sperimentazioni animali.»

Inizialmente, il suo gruppo si è specializzato in macrofagi, cioè cellule fagocitiche, che sono una parte importante della risposta immunitaria umana, ad esempio combattendo batteri. Nel prossimo passo, Prof. Lachmann e il suo team vogliono sviluppare sistemi di test basati su cellule (ad esempio per farmaci contro il cancro). Questi sistemi di verifica possono misurare la potenza di medicinali biologici e biotecnologici e svolgono un ruolo fondamentale nel controllo di qualità e nell'autorizzazione di principi attivi e medicinali. Basandosi sulla loro tecnologia chiave per la produzione continua di macrofagi, i ricercatori vogliono anche sviluppare nuovi metodi di produzione di diversi prodotti di cellule immunitarie completamente standardizzati e di immunoterapie basate su cellule, aprendo così nuove applicazioni.

Ampio spettro di applicazioni

Il potenziale delle cellule immunitarie di design è enorme: ad esempio, sono geneticamente modificabili in modo che brillino quando rilevano contaminazioni nei medicinali. Queste sono finora rilevabili solo con metodi molto complessi. Tessuti cutanei artificiali, già utilizzati per testare cosmetici, potrebbero – arricchiti con cellule immunitarie – rappresentare ancora meglio le reazioni di un organismo umano. Si potrebbe anche immaginare di usare queste cellule per monitorare la qualità dell'aria, poiché durante l'inalazione sono i macrofagi e altre cellule immunitarie a reagire per prime agli inquinanti presenti nell'aria. E non da ultimo, la potenza terapeutica: in futuro, cellule immunitarie artificiali e specificamente adattate potrebbero curare malattie come il cancro anche all’interno del corpo dei pazienti.

Non sorprende quindi che aziende farmaceutiche, produttori di cosmetici e anche organizzazioni di ricerca siano già molto interessate a questa tecnologia e alle cellule immunitarie di design. «La domanda ci conferma che questa tecnologia ha un grande potenziale di applicazione pratica. Lo stiamo attualmente verificando», afferma Nico Lachmann.