Projektowane komórki immunologiczne do produkcji leków i bezpieczeństwa leków

W naczyniu reakcyjnym profesor Nico Lachmann nieprzerwanie wytwarza specyficzne, dojrzałe komórki odpornościowe z indukowanych pluripotentnych komórek macierzystych. © Fraunhofer ITEM / Prof. Lachmann używa różnych skalowalnych systemów do ciągłej produkcji specyficznych dojrzałych ludzkich komórek odpornościowych z indukowanych pluripotentnych komórek macierzystych. © Fraunhofer ITEM

Aby uniknąć testów na zwierzętach i móc jeszcze precyzyjniej testować terapie, przemysł farmaceutyczny coraz częściej sięga po ludzkie komórki odpornościowe. Ich dostępność była do tej pory ograniczona. Naukowcom z Fraunhofer udało się przenieść produkcję dopasowanych komórek odpornościowych z laboratorium na skalę przemysłową.

Bez względu na to, czy chodzi o nowe terapie przeciwnowotworowe, czy rozwój i testowanie nowych leków – w nowoczesnej medycynie odgrywają coraz większą rolę komórki odpornościowe i preparaty z komórek odpornościowych. Aby je pozyskać do badań zdrowotnych, przemysł długo polegał na ludzkich dawcy lub korzystał z linii komórkowych różnych rodzajów nowotworów. Problem polegał na tym, że procesy te nie mogły być standaryzowane, ponieważ każda osoba i każda komórka nowotworowa jest unikalna. Przełomem była odkrycie dwóch badaczy komórek macierzystych z Japonii i Wielkiej Brytanii: w 2006 roku udało im się przekształcić dojrzałe komórki skóry w tak zwane indukowane pluripotentne komórki macierzyste (iPSC), które mogą następnie rozwijać się w różne typy komórek. Za to Yamanaka i Gurdon otrzymali w 2012 roku najszybszą Nagrodę Nobla w historii medycyny.

Te iPSC – oraz ich właściwość, że mogą się nieograniczenie dzielić i różnicować – wykorzystują prof. Nico Lachmann i jego zespół z Instytutu Toksikologii i Medycyny Eksperymentalnej Fraunhofer ITEM oraz z Medycznego Uniwersytetu w Hanowerze MHH. Naukowcy opracowali dotąd unikalną metodę ciągłej produkcji specyficznych, dojrzałych komórek odpornościowych z tych iPSC – i to w systemach skalowalnych, od małej skali po zastosowania przemysłowe. Proces odbywa się w urządzeniu przypominającym dużą kulę śnieżną. Komórki macierzyste są wkładane do roztworu i stale utrzymywane w ruchu. Dzięki nowatorskim procesom biotechnologicznym produkują one ciągle pożądane komórki odpornościowe. Dopiero po około trzech miesiącach iPSC muszą być odnawiane, aby zapewnić stałą jakość.

Komórki odpornościowe na dużą skalę

Kluczową cechą tej metody jest to, że jest ona zaprojektowana w 3D, zamiast dotychczas w 2D na dnie płytki Petriego. Dzięki temu można wyprodukować znacznie większe ilości komórek odpornościowych typu designer. Skala jest przy tym dowolnie rozszerzalna. Prof. Lachmann podkreśla: „Przez trzy lata badaliśmy, które medium, kąt, prędkość są optymalne do standaryzowanej produkcji komórek odpornościowych z iPSC, i wielokrotnie dostosowywaliśmy wiele parametrów. Ta zoptymalizowana metoda to duży krok naprzód w badaniach i ocenie kandydatów na leki, ponieważ możemy bezpośrednio testować ich skuteczność i bezpieczeństwo na ludzkich strukturach docelowych, bez konieczności korzystania z testów na zwierzętach.”

Na początku grupa specjalizowała się w makrofagach, czyli komórkach żernych, które jako ważny element odpowiedzi immunologicznej człowieka zwalczają na przykład bakterie. W kolejnym kroku prof. Lachmann i jego zespół planują opracować tzw. zautomatyzowane testy potencji oparte na komórkach (np. dla leków przeciwnowotworowych). Systemy te mogą mierzyć siłę działania biologicznych i biotechnologicznych leków i odgrywają kluczową rolę w kontroli jakości i zatwierdzaniu substancji czynnych i leków. Bazując na swojej kluczowej technologii ciągłej produkcji makrofagów, naukowcy chcą również opracować nowe metody produkcji różnych w pełni standaryzowanych produktów z komórek odpornościowych i terapii opartych na komórkach, otwierając tym samym kolejne możliwości zastosowania.

Szerokie spektrum zastosowań

Potencjał komórek odpornościowych typu designer jest ogromny: na przykład można je genetycznie zmodyfikować tak, aby świeciły, gdy wykrywają zanieczyszczenia w lekach. Dotychczas ich wykrycie wymagało bardzo skomplikowanych metod. Sztuczne tkanki skórne, na których już dziś testuje się kosmetyki, mogłyby – wzbogacone o komórki odpornościowe – jeszcze lepiej odzwierciedlać reakcje ludzkiego organizmu. Można by również rozważyć użycie takich komórek do monitorowania jakości powietrza, ponieważ podczas wdychania to makrofagi i inne komórki odpornościowe reagują jako pierwsze na zanieczyszczenia w powietrzu. Nie można też zapomnieć o ich potencjale terapeutycznym: w przyszłości specjalnie dostosowane, sztucznie wyprodukowane komórki odpornościowe mogłyby leczyć choroby, takie jak nowotwory, bezpośrednio w organizmie pacjentów.

Nie dziwi więc fakt, że firmy farmaceutyczne, producenci kosmetyków, a także organizacje badawcze już dziś wykazują duże zainteresowanie tym procesem i komórkami odpornościowymi typu designer. „Popyt potwierdza, że technologia ma ogromny potencjał do praktycznego wykorzystania. Obecnie to sprawdzamy” – cieszy się Nico Lachmann.