Autoimmuna sjukdomar är bland de vanligaste kroniska sjukdomarna över hela världen. Nya behandlingar för autoimmuna sjukdomar fokuserar på "adoptiv cellterapi" eller de som använder celler från en patients egen kropp för att uppnå immunsuppression. Dessa terapeutiska celler känns igen av patientens kropp som "själv", därför begränsande biverkningar, och är specifikt konstruerade för att lokalisera den avsedda terapeutiska effekten.
Vid behandling av autoimmuna sjukdomar har nuvarande adoptiva cellterapier till stor del centrerats kring den regulatoriska T-cellen (Treg ), som definieras av uttrycket av Forkhead box-proteinet 3, eller Foxp3. Även om Tregs erbjuder stor potential, att använda dem i terapeutiska syften är fortfarande en stor utmaning. I synnerhet resulterar nuvarande leveransmetoder i ineffektiv konstruktion av T-celler.
Tregg utgör endast cirka 5 %–10 % av cirkulerande mononukleära celler från perifert blod. Dessutom Tregs saknar mer specifika ytmarkörer som skiljer dem från andra T-cellspopulationer. Dessa hinder gör det svårt att skörda, rena och odla Tregs till terapeutiskt relevanta siffror. Även om det finns ytterligare vävnadsresidenta Tregs i icke-lymfoida organ som i skelettmuskulatur och visceral fettvävnad, dessa Tregs är svårt otillgängliga och få till antalet.
Nu har ett forskarlag under ledning av Michael Mitchell, docent i bioteknik vid School of Engineering and Applied Science vid University of Pennsylvania, utvecklat en lipid nanopartikel (LNP) plattform för att leverera Foxp3 messenger RNA (mRNA) till T-celler för applikationer vid autoimmunitet. Deras resultat publiceras i tidskriften Nano Letters .
"De stora utmaningarna förknippade med ex vivo (utanför kroppen) cellteknik är effektivitet, toxicitet och uppskalning:våra mRNA-lipidnanopartiklar (mRNA LNP) tillåter oss att övervinna alla dessa problem", säger Mitchell. "Vårt arbetes nyhet kommer från tre huvudkomponenter:för det första användningen av mRNA, som möjliggör generering av övergående immunsuppressiva celler; för det andra, användningen av LNP:er, som möjliggör effektiv leverans av mRNA och effektiv cellteknik; och sist, ex vivo konstruktion av primära humana T-celler för autoimmuna sjukdomar, som erbjuder den mest direkta pipeline för klinisk översättning av denna terapi från bänk till säng."
"Vad vi vet är detta en av de första mRNA LNP-plattformarna som har använts för att konstruera T-celler för autoimmuna terapier", fortsätter han. "I stort sett kan den här plattformen användas för att konstruera adoptiv cellterapi för specifika autoimmuna sjukdomar och kan potentiellt användas för att skapa terapeutiska vägar för allergier, organtransplantationer och mer."
Att leverera Foxp3-proteinet till T-celler har varit svårt eftersom proteiner inte lätt passerar cellmembranet. "MRNA kodar för Foxp3-protein, vilket är en transkriptionsfaktor som gör T-cellerna immunsuppressiva snarare än aktiva", förklarar första författaren Ajay Thatte, doktorand och NSF Fellow i Mitchell Lab. "Dessa konstruerade T-celler kan undertrycka effektor-T-cellsfunktion, vilket är viktigt eftersom T-cellshyperaktivitet är en vanlig fenotyp i autoimmuna sjukdomar."
Dessutom gör storleken, laddningen och den relativt låga komplexiteten hos mRNA att det enkelt kan paketeras i effektiva leveranssystem såsom joniserbara LNP:er, visat sig vara en kraftfull leveransplattform, särskilt för mRNA, vilket framgår av framgången med COVID-19-vaccinerna .
I den nya studien screenade Mitchell och hans team först ett bibliotek med 18 unika LNP:er för att identifiera en topppresterande LNP för mRNA-leverans till humant CD4 + T-celler. Sedan omformulerade de denna LNP för Foxp3-mRNA för att generera Foxp3-T-celler, och kontrollerade att cellerna effektivt undertryckte effektor-T-cellsproliferation. Resultaten visar potentialen med att använda mRNA LNP för att konstruera immunsuppressiva cellbaserade terapier för autoimmuna sjukdomar och mer.
I framtida studier planerar teamet att undersöka den undertryckande effekten av dessa konstruerade Foxp3-T-celler på andra immunceller som makrofager och dendritiska celler. De hoppas sedan kunna överföra de konstruerade Foxp3-T-cellerna till musmodeller av autoimmuna sjukdomar för att testa deras effektivitet och immunologiska effekt. Slutligen kommer de att försöka utveckla riktade LNP:er för att leverera Foxp3-mRNA till T-celler som cirkulerar i kroppen, och etablera en in-situ teknisk plattform för behandlingar av autoimmuna sjukdomar.
"Även om det är mycket utforskat i cancerapplikationer, har ingenjörsceller utanför kroppen undersökts mindre för autoimmunitetstillämpningar. Dessutom är det extremt svårt att uppnå hög effektivitet och låg toxicitet under cellkonstruktionsprocessen", säger Mitchell. "Vår LNP-teknik möjliggör enkel och effektiv konstruktion av T-celler med låg toxicitet. Våra konstruerade T-celler kan användas över en rad hyperaktiva immunsjukdomar."
Mer information: Ajay S. Thatte et al, mRNA Lipid Nanopartiklar för Ex Vivo Engineering of Immunosuppressive T Cells for Autoimmunity Therapies, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02573
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av University of Pennsylvania
