Designer-immunecellen voor geneesmiddelenproductie en -veiligheid

In een reactievat produceert Prof. Nico Lachmann continu specifieke, rijpe immuuncellen uit geïnduceerde pluripotente stamcellen. © Fraunhofer ITEM / Prof. Lachmann gebruikt verschillende schaalbare systemen om continu specifieke rijpe menselijke immuuncellen te produceren uit geïnduceerde pluripotente stamcellen. © Fraunhofer ITEM

Om dierproeven te vermijden en therapeutica nog nauwkeuriger te testen, maakt de farmaceutische industrie steeds meer gebruik van menselijke immuuncellen. De beschikbaarheid ervan was tot nu toe echter beperkt. Onderzoekers van het Fraunhofer-instituut zijn erin geslaagd om de productie van op maat gemaakte immuuncellen van het laboratorium naar de industriële productie over te brengen.

Of het nu gaat om nieuwe kankerbehandelingen of de ontwikkeling en toetsing van nieuwe medicijnen – in de moderne geneeskunde spelen humane immuuncellen en immunocelpreparaten een steeds grotere rol. Om ze voor de gezondheidszorg te winnen, was de industrie lange tijd afhankelijk van menselijke donoren of gebruikte ze cellijnen van verschillende kankersoorten. Het probleem: deze processen konden niet gestandaardiseerd worden, omdat elke mens en elke kankercel uniek is. Een doorbraak was een ontdekking van twee stamcelonderzoekers uit Japan en Groot-Brittannië: in 2006 slaagden zij erin om volwassen huidcellen om te zetten in zogenaamde geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC), die zich vervolgens weer in verschillende celtypen kunnen ontwikkelen. Hiervoor ontvingen Yamanaka en Gurdon in 2012 de snelste Nobelprijs in de geschiedenis van de geneeskunde.

Deze iPSC – en hun eigenschap om onbeperkt te delen en te differentiëren – maken gebruik van Prof. Nico Lachmann en zijn team van het Fraunhofer-Instituut voor Toxicologie en Experimentele Geneeskunde ITEM en het Medisch Centrum Hannover MHH. De onderzoekers hebben een tot nu toe uniek proces ontwikkeld om continu specifieke, volwassen immuuncellen te produceren uit deze iPSC – en dat in schaalbare systemen, van klein laboratorium tot industriële toepassing. Dit gebeurt in een apparaat dat lijkt op een grote sneeuwbol. De stamcellen worden in een oplossing geplaatst en voortdurend in beweging gehouden. Met behulp van nieuwe bioprocessen produceren ze dan continu de beoogde immuuncellen. Pas na ongeveer drie maanden moeten de iPSC worden vernieuwd om een constante kwaliteit te garanderen.

Immunocellen op grote schaal

Het slimme aan deze methode: het is ontworpen in 3D, in plaats van de eerdere 2D-oplossing op de bodem van een petrischaal. Zo kunnen veel grotere hoeveelheden van de designer-immuuncellen worden geproduceerd. De schaal is daarbij onbeperkt uitbreidbaar. Prof. Lachmann benadrukt: „We hebben drie jaar lang onderzocht welk medium, welke hoek, welke snelheid optimaal zijn voor de gestandaardiseerde productie van immunocellen uit iPSC en vele parameters telkens aangepast. De zo geoptimaliseerde methode is een grote stap voorwaarts voor het onderzoek en de evaluatie van geneesmiddel-kandidaten, omdat we hun werkzaamheid en veiligheid direct kunnen testen op de menselijke doelstructuren, zonder de omweg via dierproeven te hoeven maken.“

Zijn groep richtte zich aanvankelijk op macrofagen, dat zijn fagocyterende cellen die als belangrijk onderdeel van de menselijke afweer bijvoorbeeld bacteriën bestrijden. In de volgende fase willen Prof. Lachmann en zijn team zogeheten celgebaseerde potency-assays (bijvoorbeeld voor kankermedicijnen) ontwikkelen. Deze testsystemen kunnen de werkzaamheid van biologische en biotechnologische geneesmiddelen meten en spelen een essentiële rol bij de kwaliteitscontrole en goedkeuring van werkzame stoffen en medicijnen. Gebaseerd op hun sleuteltechnologie voor de continue productie van macrofagen willen de onderzoekers ook nieuwe fabricageprocessen ontwikkelen voor verschillende volledig gestandaardiseerde immunocelproducten en immunotherapieën, en daarmee nieuwe toepassingen ontsluiten.

Breed toepassingsbereik

Het potentieel van de designer-immuuncellen is enorm: zo kunnen ze bijvoorbeeld genetisch zodanig worden aangepast dat ze oplichten wanneer ze verontreinigingen in medicijnen detecteren. Deze verontreinigingen zijn tot nu toe slechts zeer arbeidsintensief te detecteren. Kunstmatig huidweefsel, dat tegenwoordig al wordt gebruikt voor het testen van cosmetica, zou – verrijkt met immuuncellen – de reacties van een menselijk organisme nog beter kunnen nabootsen. Het is ook denkbaar dat de luchtkwaliteit kan worden gecontroleerd met dergelijke cellen, want bij het inademen reageren macrofagen en andere immuuncellen als eerste op schadelijke stoffen in de lucht. En niet te vergeten de therapeutische kracht: in de toekomst zouden specifiek aangepaste, kunstmatig vervaardigde immuuncellen zelfs in het lichaam van patiënten ziekten zoals kanker kunnen genezen.

Het is dan ook niet verwonderlijk dat farmaceutische bedrijven, cosmeticafabrikanten en onderzoeksorganisaties al vandaag grote interesse tonen in deze methode en de designer-immuuncellen. „De vraag bevestigt ons dat de technologie een groot potentieel heeft voor praktische toepassing. Dat onderzoeken we momenteel“, zegt Nico Lachmann tevreden.