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Development of Stimuli-Responsive Nanoparticle-carrying T lymphocytes in the Fight against Cancer

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Anreicherung von Immunzellen in Tumoren über Magnete

Im Kampf gegen Krebserkrankungen wird zunehmend auf Immuntherapien gesetzt. Europäische Forschende rüsteten Immunzellen nun mit magnetischen Nanopartikeln aus, um ihre Anreicherung im Tumor zu verstärken.

Gesundheit

Der Ansatz, sich das Immunsystem im Kampf gegen Krebs zunutze zu machen, ist nicht neu. Viele klinische Studien haben bereits untersucht, ob die Immunabwehr mit Zytokinen, Antikörpern und Immunzellen stimuliert bzw. modifiziert werden kann, um stärker gegen Tumorzellen vorzugehen. So demonstrierten Studien mit tumorspezifischen T-Lymphozyten, die so verändert wurden, dass sie chimäre Antigenrezeptoren CAR-T gegen hämatologische Malignome exprimieren, bereits gute klinische Ergebnisse. Vergleichbare klinische Studien an soliden Tumoren zeigen jedoch die Einschränkungen durch einen schlechten Transport in den Tumor aufgrund von feindseligen Mikroumgebungen um den Tumor. Gelänge es, die Überlebensfähigkeit dieser Zellen zu verbessern und sie zielgenauer zu steuern, könnte die klinische Wirksamkeit deutlich verbessert werden.

Hybride magnetisierte T-Lymphozyten

Um Immuntherapien wirksamer zu machen, kombinierte das über die Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) finanzierte Projekt CellularNanoMachines spezifische Vorteile synthetischer und biologischer Komponenten. „Wir wollten Nanopartikel einsetzen, um das In-vivo-Verhalten von T-Lymphozyten zu steuern und zu modulieren“, erklärt MSCA-Forschungsstipendiat Javier Hernández-Gil. So untersuchte eine Machbarkeitsstudie zwei Möglichkeiten, periphere mononukleäre Blutzellen mit magnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln auszurüsten: entweder durch Immobilisierung von Nanopartikeln auf Oberflächenrezeptoren der Zellen oder durch zelluläre Internalisierung der Partikel mittels Biokonjugation. Die „magnetisierten“ Zellen, die auch nach Einbau der Nanopartikel funktionsfähig blieben, konnten dann durch einen Magneten gesteuert werden. Voraussetzung für diese Versuche war allerdings die Herstellung wasserlöslicher Nanopartikel. So verkapselte die Projektgruppe hydrophobe Nanopartikel in Phospholipid-Mizellen, um sie in die Zellen einbauen zu können. Die resultierenden Nanopartikel zeichneten sich durch gute Biokompatibiltät und magnetische Eigenschaften aus und beeinträchtigten nicht das zelluläre Überleben. Nun sollte vor allem das Verhalten der Nanopartikel-Immunzell-Hybride an Tiermodellen für Tumorerkrankungen untersucht werden. Wie Beobachtungen der markierten Zellen am Tiermodell zeigten, waren Targeting und Zirkulation in Tumoren deutlich besser als bei Kontrollversuchen mit nicht modifizierten T-Lymphozyten. Mit verschiedenen Bildgebungsverfahren wurde die Eignung der Nanopartikel-Immunzell-Hybride für therapeutische Anwendungen demonstriert.

Künftige Anwendungen für Nanopartikel-Immunzell-Hybride

„Der größte Erfolg von CellularNanoMachines ist die Demonstration, dass Nanopartikel Immunzellen neue Funktionalitäten vermitteln können“, betont Hernández-Gil. Nanopartikel sind eine einfache und zugängliche Strategie, T-Lymphozyten gezielter zu soliden Tumoren zu transportieren sowie ihre Anreicherung und Wirkung im Tumorgewebe zu verbessern. Die Möglichkeit, mit externen Magneten das Verhalten von Immunzellen in vivo zu steuern, eröffnet ein breites Spektrum für Zelltherapien, insbesondere in der Onkologie, wo zunehmend auf Immuntherapien gesetzt wird. Nun will man über die ursprünglichen Projektziele hinaus intelligente zellbasierte Maschinen entwickeln, d. h. Hybridsysteme, die synergistische Effekte zwischen Nanopartikeln, kleinen Metallkomplexen und Immunzellen vermitteln. Kleine Metallkomplexe könnten in der Theranostik neue Wege zur Diagnose und Behandlung von Krebs eröffnen. Den in Immuntherapien verwendeten Immunzellen mehr Wirksamkeit zu verleihen, wird dazu beitragen, den hohen klinischen Bedarf in der Onkologie zu decken.

Schlüsselbegriffe

CellularNanoMachines, Nanopartikel, Immunzellen, Krebs, Hybrid, T-Lymphozyten, Immuntherapie, biologische Verteilung

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