UCLA-forskare har utvecklat syntetiska T-lymfocyter, eller T-celler, som är nästan perfekta faksimiler av mänskliga T-celler.

Förmågan att skapa de konstgjorda cellerna kan vara ett nyckelsteg mot effektivare läkemedel för att behandla cancer och autoimmuna sjukdomar och kan leda till en bättre förståelse av mänskliga immuncellers beteende. Sådana celler kan också så småningom användas för att stärka immunsystemet hos personer med cancer eller immunbrist.

Forskargruppen bestod av forskare från UCLA School of Dentistry, UCLA Samueli School of Engineering och avdelningen för kemi och biokemi vid UCLA College, och leddes av Dr Alireza Moshaverinia, en biträdande professor i protetik vid tandläkarhögskolan. Resultaten publiceras i tidskriften Avancerade material .

"Den komplexa strukturen hos T-celler och deras multifunktionella natur har gjort det svårt för forskare att replikera dem i labbet, " sade Moshaverinia. "Med detta genombrott, vi kan använda syntetiska T-celler för att konstruera mer effektiva läkemedelsbärare och förstå immuncellers beteende."

Naturliga T-celler är svåra att använda i forskning eftersom de är mycket känsliga, och för att efter att de har utvunnits från människor och andra djur, de tenderar att överleva i bara några dagar.

"Vi kunde skapa en ny klass av artificiella T-celler som kan stärka en värds immunsystem genom att aktivt interagera med immunceller genom direkt kontakt, aktivering eller frisättning av inflammatoriska eller regulatoriska signaler, sade Mohammad Mahdi Hasani-Sadrabadi, en assisterande projektforskare vid UCLA Samueli. "Vi ser denna studies resultat som ett annat verktyg för att attackera cancerceller och andra cancerframkallande ämnen."

T-celler spelar en nyckelroll i immunsystemet. De aktiveras när infektion kommer in i kroppen och de strömmar genom blodomloppet för att nå de infekterade områdena. Eftersom de måste klämma mellan små luckor och porer, T-celler har förmågan att deformeras till så liten som en fjärdedel av sin normala storlek. De kan också växa till nästan tre gånger sin ursprungliga storlek, som hjälper dem att bekämpa eller övervinna de antigener som angriper immunsystemet.

Tills nyligen, bioingenjörer hade inte kunnat efterlikna den komplexa naturen hos mänskliga T-celler. Men UCLA-forskarna kunde replikera sin form, storlek och flexibilitet, som gör det möjligt för den att utföra sina grundläggande funktioner för att rikta in sig på infektioner.

Teamet tillverkade T-celler med hjälp av ett mikrofluidiskt system. (Microfluidics fokuserar på beteendet, kontroll och hantering av vätskor, typiskt på en submillimeterskala.) De kombinerade två olika lösningar – mineralolja och en alginatbiopolymer, ett gummiliknande ämne tillverkat av polysackarider och vatten. När de två vätskorna kombineras, de skapar mikropartiklar av alginat, som replikerar formen och strukturen hos naturliga T-celler. Forskarna samlade sedan in mikropartiklarna från ett kalciumjonbad, och justerade deras elasticitet genom att ändra koncentrationen av kalciumjoner i badet.

När de väl hade skapat T-celler med de rätta fysikaliska egenskaperna, forskarna behövde justera cellernas biologiska egenskaper – för att ge dem samma egenskaper som gör att naturliga T-celler kan aktiveras för att bekämpa infektion, penetrera mänsklig vävnad och frigöra cellulära budbärare för att reglera inflammation. Att göra det, de täckte T-cellerna med fosfolipider, så att deras yttre nära skulle efterlikna mänskliga cellulära membran. Sedan, använder en kemisk process som kallas biokonjugering, forskarna kopplade T-cellerna med CD4-signaler, partiklarna som aktiverar naturliga T-celler för att attackera infektion eller cancerceller.

Moshaverinia sa att andra forskare kunde använda samma process för att skapa olika typer av konstgjorda celler, såsom naturliga mördarceller eller mikrofager, för forskning om specifika sjukdomar eller för att hjälpa till att utveckla behandlingar; i framtiden, tillvägagångssättet skulle kunna hjälpa forskare att utveckla en databas med ett brett utbud av syntetiska celler som efterliknar mänskliga celler.

Studiens andra författare, hela UCLA, är doktoranden Fatemah Majedi; Steven Bensinger, professor i mikrobiologi, immunologi och molekylär genetik; Dr Ben Wu, en professor i tandvård och bioteknik; Louis Bouchard, en docent i kemi och biokemi; och Paul Weiss, en framstående professor i kemi och biokemi. Bensinger, Bouchard och Weiss är också medlemmar i UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center.