Om zo min mogelijk gebruik te hoeven maken van dierproeven, maar ook om nog preciezere manieren te creëren om geneesmiddelen te testen, maakt de farmaceutische industrie steeds vaker gebruik van menselijke immuuncellen. Tot op heden was de beschikbaarheid van dergelijke cellen echter beperkt. Inmiddels zijn Fraunhofer-onderzoekers erin geslaagd de productie van op maat gemaakte immuuncellen op te schalen van laboratorium- naar industrieel niveau.
Prof. Lachmann gebruikt verschillende schaalbare systemen om continu specifieke rijpe menselijke immuuncellen te produceren of dit te doen met behulp van geïnduceerde pluripotente stamcellen. Menselijke afweercellen en afweercelpreparaten krijgen een steeds prominentere rol in de moderne geneeskunde, bijvoorbeeld bij nieuwe kankerbehandelingen en bij het ontwikkelen en testen van nieuwe medicijnen. Om deze cellen te verkrijgen voor gezondheidsonderzoek, vertrouwt de industrie lange tijd op menselijke donoren of gebruikte cellijnen van verschillende soorten kanker.
Aangezien elk mens en elke kankercel uniek is, was het echter niet mogelijk om de betrokken processen te standaardiseren. Dit bleek een groot probleem totdat twee stamcelonderzoekers uit Japan en het Verenigd Koninkrijk in 2006 een enorme doorbraak ontdekten. Zij slaagden er toen in om volwassen huidcellen om te zetten in geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's), die zich vervolgens kunnen herontwikkelen tot verschillende celtypen. Als erkenning hiervoor ontvingen Shinya Yamanaka en John B. Gurdon de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde 2012.
Van kleine tot industriële toepassingen
Betreed prof. Nico Lachmann en zijn team van het Fraunhofer Instituut voor Toxicologie en Experimentele Geneeskunde ITEM en de Hannover Medical School (MHH), maken nu gebruik van het vermogen van deze iPSC's om voor onbepaalde tijd te delen en te differentiëren. De onderzoekers hebben een ongekende methode ontwikkeld om continu specifieke, volwassen immuuncellen te produceren uit deze iPSC's in schaalbare systemen - van kleine tot industriële toepassingen.
Dit gebeurt in een apparaat dat lijkt op een grote sneeuwbol, waarbij de stamcellen worden ondergedompeld in een oplossing, om vervolgens constant in beweging te worden gehouden. Met behulp van nieuwe bioprocessen verspreiden ze continu de gerichte immuuncellen. Bovendien hoeven de iPSC's pas na ongeveer drie maanden te worden vervangen om de kwaliteit consistent te houden.
Immuuncellen op grote schaal
Het ingenieuze ontwerp – in 3D, in plaats van het eerdere 2D-ontwerp op de bodem van een petrischaal – is wat het proces echt onderscheidt. Het betekent dat de onderzoekers aanzienlijk grotere hoeveelheden van de designer-immuuncellen kunnen produceren en dat de schaal naar behoefte kan worden uitgebreid.
Zoals prof. Lachmann zegt: “We hebben drie jaar onderzoek gedaan naar het ideale medium, de hoek en de snelheid voor de gestandaardiseerde productie van immuuncellen uit iPSC's en hebben onderweg herhaaldelijk veel parameters aangepast. Deze geoptimaliseerde methode is een grote aanwinst voor het onderzoeken en evalueren van kandidaat-geneesmiddelen, omdat we hun werkzaamheid en veiligheid rechtstreeks in menselijke doelstructuren kunnen testen, zonder gebruik te hoeven maken van dierproeven, die in feite een lange weg zijn.”
Menselijke immuunrespons
Aanvankelijk specialiseerde zijn team zich in macrofagen, scavenger-cellen die bacteriën bestrijden en een belangrijk element vormen in de menselijke immuunrespons. De volgende stap is dat prof. Lachmann en zijn team celgebaseerde potentietesten opzetten. Bijvoorbeeld ten behoeve van medicijnen tegen kanker. Deze testsystemen kunnen de potentie van biologische en bio-engineered medicijnen meten en spelen een essentiële rol bij de kwaliteitscontrole en het vrijgeven van actieve ingrediënten en medicijnen.
Op basis van hun sleuteltechnologie voor de continue productie van macrofagen, zijn de onderzoekers ook van plan nieuwe productieprocessen te ontwikkelen voor verschillende volledig gestandaardiseerde immuuncelproducten en celgebaseerde immunotherapieën, waardoor er veel aanvullende toepassingen ontstaan.
Toepassing designer-immuuncellen
Het potentieel van designer-immuuncellen is enorm. Zo kunnen ze genetisch gemodificeerd worden om op te lichten wanneer ze onzuiverheden in medicijnen detecteren. Dit was tot nu toe erg lastig te identificeren. Kunstmatig huidweefsel, dat al wordt gebruikt om cosmetica te testen, zou kunnen worden verrijkt met immuuncellen om de reacties van een menselijk organisme beter na te bootsen.
Een ander mogelijk scenario is het gebruik van dergelijke cellen om de luchtkwaliteit te testen. Wanneer mensen inademen, zijn hun macrofagen en andere immuuncellen de eersten die reageren op verontreinigende stoffen in de lucht. Bovendien is er het therapeutische effect dat de cellen kunnen hebben: in de toekomst kunnen specifiek aangepaste en kunstmatig geproduceerde immuuncellen zelfs worden gebruikt om ziekten bij patiënten, zoals kanker, te genezen.
Gezien deze ontwikkeling is het niet verwonderlijk dat farmaceutische bedrijven en onderzoeksorganisaties al grote belangstelling voor het proces hebben getoond en enthousiast zijn over ‘maatwerk’-immuuncellen. Zoals Nico Lachmann graag bevestigt: "Deze vraag is een duidelijk teken dat onze technologie een groot potentieel heeft voor praktische exploitatie - iets dat we momenteel aan het beoordelen zijn."
