צוות חוקרים בהובלת Weiqiang Chen של בית הספר להנדסה של NYU Tandon, פיתח מכשיר מיניאטורי שיכול לשנות את אופן הבדיקה וההתאמה של טיפולי סרטן הדם עבור מטופלים.
המיקרוסקופ של הצוות בגודל "לוקמיה-על-א-צ'יפ" של הצוות הוא מכשיר המעבדה הראשון שמשלב בהצלחה הן את המבנה הגופני של מח העצם והן מערכת חיסון אנושית מתפקדת, התקדמות שיכולה להאיץ באופן דרמטי את התפתחות החיסונית החדשה.
חידוש זה מגיע ברגע מתוזמן במיוחד, שכן ה- FDA הודיע לאחרונה על תוכנית לשלל דרישות לבדיקת בעלי חיים לנוגדנים מונוקלוניים ותרופות אחרות, מה ששחרור מפת דרכים מקיפה להפחתת בדיקות בעלי חיים במחקרי בטיחות פרה -קליניים.
כמתואר בעיתון שפורסם ב הטבע הנדסה ביו -רפואיתהטכנולוגיה החדשה מאפשרת למדענים להתבונן בזמן אמת כיצד תרופות אימונותרפיות מתקשרות עם תאי סרטן בסביבה המחקה מקרוב את גוף האדם, המייצגים בדיוק את סוג שיטת הבדיקה האלטרנטיבית שה- FDA מעודד כעת.
כעת אנו יכולים לראות טיפולי סרטן נפרשים כפי שהם היו אצל מטופל, אך בתנאים מבוקרים לחלוטין ללא ניסויים בבעלי חיים. "
Weiqiang Chen, פרופסור להנדסת מכונות וחלל, בית הספר להנדסה של ניו יורק טנדון
טיפול בתאי T של אנטיגן אנטיגן כימרי, או טיפול בתאי T CAR, התגלה כגישה אימונותרפית מבטיחה לטיפול בסרטן דם מסוים. זה כרוך בהסרת תאי החיסון של המטופל, הנדסתם גנטית לכוון לסרטן ולהחזרתם לגופו של המטופל. למרות הפוטנציאל שלה, כמעט מחצית מהמטופלים חוזרים, ורבים חווים תופעות לוואי חמורות כולל תסמונת שחרור ציטוקין.
מדענים נאבקו לשפר את הטיפולים הללו, בין היתר מכיוון ששיטות בדיקה קונבנציונאליות נופלות. מודלים של בעלי חיים הם גוזלים זמן וקשים לפיקוח (ולא מצליחים לחקות במדויק את התגובות המורכבות של מערכת החיסון האנושית לטיפולים אלה), בעוד שבדיקות מעבדה סטנדרטיות אינן מייצגות את הסביבה המורכבת בה סרטן ותאי חיסון מתקשרים.
המכשיר החדש משחזר שלושה אזורים של מח עצם בהם מתפתחת לוקמיה: כלי דם, חלל המחים סביבו, ורירית עצם חיצונית. כאשר מאוכלס בתאי מח עצם של המטופל, המערכת מתחילה להתארגן בעצמה, כאשר תאים מייצרים חלבונים מבניים משלהם כמו קולגן, פיברונקטין ולמינין, ויוצרים לא רק את המבנה הפיזי אלא, והכי חשוב, שומר על סביבת החיסון המורכבת של הרקמה.
באמצעות טכניקות הדמיה מתקדמות, החוקרים צפו בתאי חיסון בודדים כשעברו בכלי דם, הכירו בתאי סרטן וביטלו אותם, תהליך שבעבר בלתי אפשרי לחזות בו בבהירות כזו במערכת חיה. הצוות יכול לעקוב אחר כמה מהר תאי ה- T של CAR נסעו תוך כדי ציד תאים סרטניים, וחשפו כי תאי חיסון מהונדסים אלה נעים במטרה בעת חיפוש אחר יעדיהם, ומאטים כאשר הם מגלים תאים סרטניים סמוכים כדי לעסוק ולהשמיד אותם.
"צפינו בתאים חיסוניים המסיירים את סביבתם, יצירת קשר עם תאי סרטן והרג אותם בזה אחר זה", אמר צ'ן.
החוקרים גילו כי תאי חיסון מהונדסים מפעילים תאי חיסון אחרים שאינם ממוקדים ישירות על ידי הטיפול, "אפקט עוברי אורח" העשויים לתרום הן ליעילות הטיפול והן לתופעות לוואי.
על ידי מניפולציה של המערכת, הצוות שיחזר תרחישים קליניים נפוצים שנראו אצל חולים: הפוגה מוחלטת, עמידות לטיפול ותגובה ראשונית ואחריה הישנות. הבדיקות שלהם חשפו כי תאי T חדשים יותר של "פוט-דור" עם תכונות עיצוב משופרות המבוצעות טוב יותר מגרסאות סטנדרטיות, במיוחד במינונים נמוכים יותר.
בעוד שמודלים של בעלי חיים דורשים חודשים של הכנה, ניתן להרכיב את שבב הלוקמיה תוך חצי יום ותומך בניסויים של שבועיים.
"טכנולוגיה זו יכולה בסופו של דבר לאפשר לרופאים לבדוק את תאי הסרטן של המטופל כנגד עיצובים שונים של טיפול לפני תחילת הטיפול", הסביר חן. "במקום גישה מתאימה לכל גודל, נוכל לזהות איזה טיפול ספציפי יעבוד בצורה הטובה ביותר עבור כל מטופל."
החוקרים פיתחו "אינדקס אנליטי ואינטגרטיבי מבוסס מטריצה" כדי להעריך את הביצועים של מוצרי תאי T שונים של CAR, תוך ניתוח היבטים מרובים של תגובה חיסונית בתרחישים שונים. ניתוח מקיף זה יכול לספק תחזית מדויקת יותר אילו טיפולים יצליחו בחולים.
יחד עם חן, מחברי העיתון הם צ'או מא, היישו וואנג, לונאן ליו וג'י טונג מניו טנדון; מתיו ט. וויטקובסקי מאוניברסיטת הקמפוס הרפואי של אוניברסיטת קולורדו אנשוץ; איניס אייפנטיס מבית הספר לרפואה של ניו יורק גרוסמן; וסבא גאסמי מאוניברסיטת פנסילבניה.
העבודה נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע, מכונים לאומיים לבריאות, מכון לחקר סרטן, אגודת לוקמיה ולימפומה, המכון הלאומי לסרטן, הקרן לחקר סרטן לימונדה של אלכס, קרן סנט בלדריק וארגונים אחרים.