Gene leveringssysteem maakt gebruik van nanostraws en elektrische pulsen om kankerbestrijdende immuuncellen te ontwikkelen

Onderzoekers van de Nationale Universiteit van Singapore (NUS) hebben een schaalbare, niet-virale technologie ontwikkeld die efficiënt genetisch materiaal in menselijke immuuncellen levert. Het platform, genaamd nanostraw elektro-geactueerde transfectie (volgende), maakt gebruik van kleine holle nanostructuren en elektrische pulsen om een ​​breed scala aan biomoleculen in te voegen-eiwitten, mRNA en gen-bewerkingstools-ino-immuuncellen met hoge efficiëntie en minimale verstoring.

The team, led by Assistant Professor Andy Tay from the Department of Biomedical Engineering in the College of Design and Engineering as well as the Institute for Health Innovation and Technology at NUS, demonstrated that NExT can transfect—that is, deliver genetic material into—more than 14 million immune cells in a single run, including difficult-to-engineer cell types such as gamma-delta T cells, T regulatory cells, dendritic cells, macrophages, natural killer cells and Neutrofielen die worden ontwikkeld als alternatieve immuunceltherapieën.

Vervolgens maakt genafgifte sneller en minder schadelijk, wat op zijn beurt helpt bij het verlagen van de productiekosten en het verbeteren van de consistentie van ontwikkelde celproducten, inclusief die welke worden gebruikt in chimere antigeenreceptor-T (CAR-T) -celtherapieën voor kanker. Dit kan mogelijk de toegang tot de patiënt vergroten tot geavanceerde behandelingen die momenteel worden beperkt door hoge kosten en productie -uitdagingen.

De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in het dagboek Biomaterialen. Onderzoekers van de NUS Yong Lo Lin School of Medicine hebben ook bijgedragen aan de doorbraak van onderzoek.

Gene-levering van de volgende generatie

Kanker blijft wereldwijd een van de belangrijkste doodsoorzaken, verantwoordelijk voor bijna 10 miljoen levens per jaar. Een van de meest veelbelovende behandelingsstrategieën die de afgelopen tijd ontstaan, is CAR-T-celtherapie, waarbij de immuuncellen van een patiënt worden herprogrammeerd om kankercellen te herkennen, te richten en te doden. Deze gepersonaliseerde aanpak heeft succes aangetoond bij het behandelen van bloedkanker, vooral bij degenen die conventionele opties hebben uitgeput. Het blijft echter duur en logistiek complex.

Op 1 augustus 2024 begon het ministerie van Volksgezondheid van Singapore subsidies te bieden voor producten van cellen, weefsel en gentherapie (CTGTP’s) die worden beoordeeld als klinisch en kosteneffectief. De eerste CTGTP die in aanmerking komt voor subsidie ​​is een behandeling die bekend staat als TisagenleCleucel, een type CAR-T-celtherapie voor de behandeling van bloedkanker.

“In Singapore kan een enkele CAR-T-celinfusie ongeveer S $ 670.000 kosten. Hoewel subsidies beschikbaar zijn, dekken ze meestal slechts een fractie van de kosten. Dit kan de toegang tot de therapie voor een aanzienlijk aantal patiënten beperken, zelfs als de vraag groeit,” zei Asst. Prof. Tay.

Een van de belangrijkste hindernissen in Car-T-productie ligt in de afgifte van genetisch materiaal aan immuuncellen. Huidige industrie-standaardmethoden omvatten virale vectoren en bulk-elektroporatie. Aan de ene kant, terwijl virale benaderingen effectief zijn, geuit ze bezorgdheid uit over veiligheid, immunogeniteit en willekeurige genintegratie. Anderzijds kan bulk-elektroporatie, die afhankelijk is van hoogspannings elektrische pulsen, cellen benadrukken en beschadigen, waardoor hun therapeutische kwaliteit wordt verminderd.

Het volgende platform van het NUS -team overwint deze beperkingen. Het werkt door cellen te interfaceren met een dicht bos van nanostraws – microscopische holle buizen minder dan duizendste de breedte van een menselijk haar. Wanneer een mild elektrisch signaal wordt toegepast, openen de nanostraws tijdelijke poriën in het celmembraan, waardoor biomoleculen zoals mRNA of CRISPR/CAS9 -complexen direct het celcytoplasma kunnen betreden.

“Ons volgende platform kan een breed scala aan immuunceltypen aan. Dit is met name tijdig naarmate het veld van celtherapie verder gaat dan traditionele CAR-T-benaderingen om andere celtypen op te nemen,” zei Arun Kumar, de eerste auteur van het papier en een Ph.D. Student bij NUS onder toezicht van Asst. Prof. Tay.

“Denk aan genafgifte, zoals het selecteren van een voedselbezorgservice. Idealiter wil je er een die snel, betrouwbaar is, het voedsel vers houdt en geen fortuin kost. Zo zou genlevering moeten zijn-efficiënt, kosteneffectief, de cellen niet te veel benadrukt en kan worden aangepast aan veel verschillende ‘bestellingen’ of biomoleculen, ‘voegde Kumar toe.

In preklinische experimenten bereikte het volgende platform transfectie -efficiëntie van maximaal 94% voor eiwitten en meer dan 80% voor mRNA in primaire T -cellen, terwijl belangrijke biologische functies zoals proliferatie, migratie en cytokineproductie handhaven.

“We werden zeer aangemoedigd om te zien dat zelfs na transfectie de immuuncellen hun essentiële tumor-bestrijdende kenmerken behouden. Dit suggereert dat het platform zowel de efficiëntie als de celkwaliteit levert die nodig is voor effectieve therapie,” zei Asst. Prof. Tay.

Meer toegankelijke en aanpasbare behandelingen van kanker

Het volgende platform kan alternatieve immuuncellen ingenieur die minder snel ernstige immuunreacties veroorzaken, en in sommige gevallen kunnen functioneren zonder overeen te komen met het immuunprofiel van de patiënt, waardoor ze geschikt zijn voor “off-the-shelf” allogene therapieën.

Bovendien is de aard van het platform van het platform ontworpen om de schaal en kosten van de knelpunten van de productie van celtherapie aan te pakken. De Multi-Well-versie van het platform van NUS-onderzoekers van het platform kan meer dan 14 miljoen cellen in een enkele run transfecteren, waardoor de gelijktijdige afgifte van verschillende genetische ladingen in meerdere immuunceltypen van verschillende donoren van verschillende donoren mogelijk is om de productietijd te verminderen.

Werken aan klinische vertaling, is de volgende stap van het team om de technologie in preklinische studies te valideren voordat ze doorgaan naar menselijke proeven. Ze werken ook samen met industriële partners om te onderzoeken hoe het systeem kan worden geïntegreerd in bestaande workflows van celtherapie en zijn actief op zoek naar mogelijkheden om het platform te testen in commerciële omgevingen in de praktijk.