I en principprövningsstudie på möss, forskare vid Johns Hopkins Medicine rapporterar skapandet av en specialiserad gel som fungerar som en lymfkörtel för att framgångsrikt aktivera och multiplicera cancerbekämpande immunsystems T-celler. Arbetet sätter forskare ett steg närmare, de säger, att injicera sådana artificiella lymfkörtlar i människor och tända T-celler för att bekämpa sjukdomar.

Under de senaste åren, en våg av upptäckter har avancerat nya tekniker för att använda T-celler-en typ av vita blodkroppar-vid cancerbehandling. Att vara framgångsrik, cellerna måste primas, eller undervisade, att upptäcka och reagera på molekylära flaggor som prickar cancercellernas ytor. Jobbet med att utbilda T-celler på detta sätt sker vanligtvis i lymfkörtlar, små, bönformade körtlar som finns över hela kroppen som rymmer T-celler. Men hos patienter med cancer och immunförsvar, att inlärningsprocessen är felaktig, eller händer inte.

För att åtgärda sådana defekter, nuvarande T-cell-booster-terapi kräver att läkare tar bort T-celler från blodet hos en patient med cancer och injicerar cellerna tillbaka i patienten efter antingen genteknik eller aktivering av cellerna i ett laboratorium så att de känner igen cancerlänkade molekylflaggor.

En sådan behandling, kallas CAR-T-terapi, är dyrt och endast tillgängligt på specialiserade centra med laboratorier som klarar den komplicerade uppgiften att konstruera T-celler. Dessutom, det tar i allmänhet ungefär sex till åtta veckor att odla T-cellerna i laboratorier och, en gång återinförd i kroppen, cellerna håller inte länge i patientens kropp, så effekterna av behandlingen kan vara kortlivade.

Det nya verket, rapporterade 10 april i tidningen Avancerade material , är ett bud från Johns Hopkins forskare att hitta ett mer effektivt sätt att konstruera T-celler.

"Vi tror att en T-cells miljö är mycket viktig. Biologi förekommer inte på plastdiskar, det händer i vävnader, "säger John Hickey, en doktorsexamen kandidat i biomedicinsk teknik vid Johns Hopkins University School of Medicine och första författare till studierapporten.

För att göra de konstruerade T-cellernas miljö mer biologiskt realistisk, Hickey-arbetar med sina mentorer Hai-Quan Mao, Ph.D., associerad chef för Johns Hopkins Institute for NanoBioTechnology och Jonathan Schneck, M.D., Ph.D., professor i patologi, medicin och onkologi vid Johns Hopkins University School of Medicine-försökt använda en geléliknande polymer, eller hydrogel, som en plattform för T-cellerna. På hydrogeln, forskarna lade till två typer av signaler som stimulerar och "lär" T-celler att finslipa på utländska mål att förstöra.

I deras experiment, T-celler aktiverade på hydrogeler producerade 50 procent fler molekyler som kallas cytokiner, en markör för aktivering, än T-celler som förvaras på plastodlingsskålar.

Eftersom hydrogeler kan göras på beställning, Johns Hopkins -forskarna skapade och testade en rad hydrogeler, från den mycket mjuka känslan av en enda cell till den hårdare kvaliteten hos en cellpackad lymfkörtel.

"En av de överraskande resultaten var att T-celler föredrar en mycket mjuk miljö, liknande interaktioner med enskilda celler, i motsats till en tätt packad vävnad, säger Schneck.

Mer än 80 procent av T-cellerna på den mjuka ytan förökade sig, jämfört med ingen av T-cellerna på den mest fasta typen av hydrogel.

När Johns Hopkins-teamet satte T-celler på en mjuk hydrogel, de fann att T-cellerna multiplicerade från bara några få celler till cirka 150, 000 celler - mycket att använda för cancerterapi - inom sju dagar. Däremot, när forskarna använde andra konventionella metoder för att stimulera och expandera T-celler, de kunde kultur bara 20, 000 celler inom sju dagar.

I nästa uppsättning experiment, forskarna injicerade T-cellerna som konstruerats antingen i de mjuka hydrogelerna eller plastodlingskålarna i möss implanterade med melanom, en dödlig form av hudcancer. Tumörer hos möss med T-celler odlade på hydrogeler förblev stabila i storlek, och några av mössen överlevde efter 40 dagar. Däremot, tumörer växte i de flesta möss injicerade med T-celler odlade i plastskålar, och ingen av dessa möss levde längre än 30 dagar.

"När vi perfekterar hydrogeln och replikerar den väsentliga egenskapen i den naturliga miljön, inklusive kemiska tillväxtfaktorer som lockar cancerbekämpande T-celler och andra signaler, vi kommer i slutändan att kunna designa artificiella lymfkörtlar för regenerativ immunologi-baserad terapi, säger Schneck, medlem av Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.

Forskarna har ansökt om patent relaterade till hydrogeltekniken som beskrivs i deras rapport.