Obrazowanie w czasie rzeczywistym przeszczepionych komórek pomaga poprawić skuteczność leczenia
Terapia komórkowa polega na autologicznym lub allogenicznym przeszczepieniu komórek macierzystych w celach regeneracyjnych lub komórek zróżnicowanych, takich jak komórki odpornościowe podawane w ramach immunoterapii. Niezależnie od rodzaju komórek i sposobu ich podawania postęp, jaki dokonał się na przestrzeni lat w dziedzinie terapii komórkowej, jest bez wątpienia ogromny. Problemem jest jednak brak możliwości monitorowania funkcji i losu przeszczepionych komórek, w związku z czym wyniki terapii komórkowej określa się na podstawie oceny wskaźników patofizjologicznych. Utrudnia to także optymalizację parametrów terapii komórkowej w celu poprawy wyników klinicznych.
Oznaczanie przeszczepionych komórek nanocząsteczkami złota
Zespół finansowanego przez UE projektu nTRACK zaproponował bardziej bezpośrednią metodę śledzenia przeszczepionych komórek w czasie rzeczywistym. Jego głównym celem było umożliwienie bezpiecznego, nieinwazyjnego i czułego monitorowania biodystrybucji i żywotności komórek. Koordynator projektu Marc Masa wyjaśnia: „Pomysł polegał na tym, aby oznakować przeszczepione komórki nanocząsteczkami, które umożliwiłyby długoterminowe śledzenie in vivo za pomocą obrazowania klinicznego”. Naukowcy opracowali dwa rodzaje nanocząsteczek: nanocząsteczki ze złota oraz nanocząsteczki ze złotą powłoką i żelaznym rdzeniem. Te pierwsze zostały w pełni scharakteryzowane pod względem toksyczności i losu wewnątrzkomórkowego, a przy zachowaniu dobrych praktyk produkcyjnych możliwe jest zwiększenie skali ich produkcji. Nanocząsteczki ze złotą powłoką i żelaznym rdzeniem przeszły natomiast badania na etapie przedklinicznym. Badanie mechanizmów wchłaniania i wydalania komórkowego wykazało, że nanocząsteczki nTRACK gromadzą się w endosomach i lizosomach. Badania in vivo wykazały, że komórki znakowane nanocząsteczkami można wykryć nawet po 24 dniach od wstrzyknięcia za pomocą tomografii komputerowej (TK). W badaniu mającym na celu weryfikację koncepcji komórki macierzyste znakowane nanocząsteczkami wykorzystano do monitorowania ich losów w czasie rzeczywistym w modelu zwierzęcym regeneracji mięśni.
Model predykcyjny do oceny skuteczności leczenia
Analiza migracji i biodystrybucji wstrzykniętych komórek macierzystych umożliwiła również przewidywanie regeneracji po urazie mięśnia do 14 dni po zastosowaniu terapii komórkami macierzystymi. Badacze włączyli cechy radiomiczne wyodrębnione z danych przedklinicznych TK do bazy danych, która posłużyła do trenowania regresyjnych algorytmów uczenia maszynowego. Wprowadzenie nanocząsteczek ze złota do badanej tkanki wyznacza nowe standardy w zakresie badania różnych parametrów protokołów obrazowania multimodalnego. Konsorcjum podjęło szeroko zakrojone badania mające na celu ocenę stężenia złota i jego wpływu zarówno w protokołach obrazowania, jak i dozymetrii. „Najpierw do standaryzacji metodologii wykorzystano modele obliczeniowe oparte na myszach i szczurach, co pozwoliło na potwierdzenie zgodności wyników symulacji z eksperymentami”, mówi Masa. „Następnie stworzono wokselizowany trójwymiarowy model owcy, aby rozszerzyć te symulacje obrazowania i dozymetrii na większe zwierzęta”. Aby przełożyć te protokoły na praktykę kliniczną, badacze wprowadzili modele antropometryczne, które umożliwiły im określenie niższych poziomów detekcji nanocząsteczek złota.
Trudności i perspektywy
Zespół nTRACK opracował niemającą sobie równych technologię obrazowania komórek macierzystych, która wymaga nowych ram regulacyjnych i wytycznych. Uzyskane informacje mogą stanowić punkt wyjścia dla przyszłych badań i dalszego rozwoju nanocząsteczek nTRACK. Konsorcjum będzie kontynuować prace nad ramami regulacyjnymi, których celem jest dokładniejsze zdefiniowanie tej technologii i udostępnienie jej wszystkim innym grupom badawczym zajmującym się tą dziedziną. Zgodnie z założeniami projektu nTRACK nowa technologia może być stosowana w każdym rodzaju terapii opartej na komórkach macierzystych lub innych komórkach, gdzie problemem jest obrazowanie i śledzenie komórek.
Słowa kluczowe
nTRACK, obrazowanie, przeszczepione komórki, komórki macierzyste, terapia komórkowa, nanocząsteczki ze złota, tomografia komputerowa, uczenie maszynowe
