Tuttavia, il processo di produzione delle cellule CAR T è dispendioso in termini di tempo e denaro e richiede più passaggi nell’arco di giorni. Il processo prevede l'estrazione delle cellule T dei pazienti, la loro attivazione con minuscole sfere magnetiche, prima di dare alle cellule T istruzioni genetiche per produrre recettori dell'antigene chimerico (CAR), i recettori specializzati che aiutano le cellule T a eliminare le cellule tumorali.

Ora, i Penn Engineers hanno sviluppato un nuovo metodo per la produzione di cellule CAR T, che richiede solo 24 ore e un solo passaggio, grazie all’uso di nanoparticelle lipidiche (LNP), i potenti veicoli di rilascio che hanno svolto un ruolo fondamentale nella Moderna e vaccini Pfizer-BioNTech COVID-19.

In un nuovo articolo pubblicato su Advanced Materials, Michael J. Mitchell, professore associato di bioingegneria, descrive la creazione di "nanoparticelle lipidiche attivanti" (aLNP), che possono attivare le cellule T e fornire le istruzioni genetiche per le CAR in un unico passaggio, notevolmente semplificando il processo di produzione delle cellule CAR T.

"Volevamo combinare queste due aree di ricerca estremamente promettenti", afferma Ann Metzloff, dottoranda e ricercatrice laureata nel laboratorio Mitchell e autrice principale dell'articolo. "Come potremmo applicare le nanoparticelle lipidiche alla terapia con cellule CAR T?"

In un certo senso, le cellule T funzionano come un’unità militare di riserva:in periodi di salute rimangono inattive, ma quando rilevano agenti patogeni si mobilitano, espandendo rapidamente il loro numero prima di voltarsi per affrontare la minaccia. Il cancro rappresenta una sfida unica per questa strategia di difesa. Poiché le cellule tumorali appartengono all'organismo, le cellule T non trattano automaticamente il cancro come pericoloso, da qui la necessità di "attivare" prima le cellule T e fornire CAR in grado di rilevare il cancro nella terapia con cellule T CAR.

Fino ad ora, il mezzo più efficace per attivare le cellule T è stato estrarle dal flusso sanguigno di un paziente e poi mescolare quelle cellule con sfere magnetiche attaccate ad anticorpi specifici, molecole che provocano una risposta immunitaria. "Le perle sono costose", dice Metzloff. "Devono anche essere rimossi con un magnete prima di poter somministrare clinicamente le cellule T. Tuttavia, così facendo, si perdono anche molte cellule T."

Costituite principalmente da lipidi, le stesse molecole idrorepellenti che costituiscono i grassi da cucina domestici come il burro e l’olio d’oliva, le nanoparticelle lipidiche si sono dimostrate estremamente efficaci nel fornire delicati carichi utili molecolari. La loro forma a capsula può racchiudere e proteggere l'mRNA, che fornisce istruzioni alle cellule per produrre proteine. A causa dell'uso diffuso dei vaccini contro il COVID-19, afferma Metzloff, "la sicurezza e l'efficacia delle nanoparticelle lipidiche sono state dimostrate in miliardi di persone in tutto il mondo."

Per incorporare gli LNP nella produzione di cellule CAR T, Metzloff e Mitchell si sono chiesti se fosse possibile attaccare gli anticorpi attivanti utilizzati sulle sfere magnetiche direttamente alla superficie degli LNP. Secondo loro, l'impiego degli LNP in questo modo potrebbe consentire di eliminare del tutto la necessità di attivare le sfere nel processo di produzione. "Si tratta di una novità", afferma Metzloff, "perché utilizziamo nanoparticelle lipidiche non solo per fornire CAR che codificano l'mRNA, ma anche per avviare uno stato di attivazione vantaggioso."

Nel corso di due anni, Metzloff ha ottimizzato attentamente la progettazione degli aLNP. Una delle sfide principali era trovare il giusto rapporto tra un anticorpo e un altro. "C'erano molte scelte da fare", ricorda Metzloff, "poiché questo non era mai stato fatto prima."

Collegando gli anticorpi direttamente agli LNP, i ricercatori sono stati in grado di ridurre il numero di passaggi coinvolti nel processo di produzione delle cellule CAR T da tre a uno e di dimezzare il tempo richiesto, da 48 ore a sole 24 ore. "Si spera che ciò abbia un effetto trasformativo sul processo di produzione delle cellule T CAR", afferma Mitchell. "Attualmente ci vuole così tanto tempo per realizzarli, e quindi non sono accessibili a molti pazienti in tutto il mondo che ne hanno bisogno."

Le cellule CAR T prodotte utilizzando aLNP devono ancora essere testate sugli esseri umani, ma nei modelli murini, le cellule CAR T create utilizzando il processo descritto nell’articolo hanno avuto un effetto significativo sulla leucemia, riducendo le dimensioni dei tumori, dimostrando così la fattibilità della tecnologia .

Metzloff vede anche un ulteriore potenziale per gli aLNP. "Penso che gli aLNP potrebbero essere esplorati in modo più ampio come piattaforma per fornire altri carichi alle cellule T", afferma. "In questo articolo abbiamo dimostrato un'applicazione clinica specifica, ma le nanoparticelle lipidiche possono essere utilizzate per incapsulare molte cose diverse:proteine, diversi tipi di mRNA. Gli aLNP hanno un ampio potenziale di utilità per la terapia del cancro delle cellule T nel suo insieme, oltre a questo mRNA Applicazione delle cellule CAR T che abbiamo mostrato qui."