Команда исследователей разработала систему на основе ультразвука, которая может неинвазивно и удаленно управлять генетическими процессами в живых иммунных Т-клетках, чтобы они распознавали и убивали раковые клетки.
Исследователи заявили, что существует острая необходимость в неинвазивном и удаленном манипулировании клетками на расстоянии, особенно для трансляционных приложений у животных и людей.
Команда разработала инновационный подход к использованию механогенетики – области науки, которая фокусируется на том, как физические силы и изменения в механических свойствах клеток и тканей влияют на экспрессию генов – для дистанционного управления активациями генов и клеток. Исследователи использовали ультразвук для механического воздействия на Т-клетки, а затем преобразовали механические сигналы в генетический контроль клеток.
В этом исследовании исследователи показывают, как их дистанционно управляемая механогенетическая система может быть использована для создания Т-клеток, экспрессирующих химерный антигенный рецептор (CAR), которые могут нацеливаться и убивать раковые клетки. Сконструированные клетки CAR-T имеют механодатчики и модули генетической трансдукции, которые можно дистанционно активировать ультразвуком с помощью амплификации микропузырьков.
"CAR-T-клеточная терапия становится терапевтическим подходом, меняющим парадигму лечения рака," сказал профессор биоинженерии Питер Инсяо Ван из Калифорнийского университета в Сан-Диего. "Однако до того, как иммунотерапия на основе CAR сможет получить широкое распространение, остаются серьезные проблемы. Например, неспецифическое нацеливание CAR-T-клеток на незлокачественные ткани может быть опасным для жизни. Эта работа может в конечном итоге привести к беспрецедентной точности и эффективности в иммунотерапии CAR-T-клетками против солидных опухолей при минимизации токсичности вне опухолей."
Команда объединяет лаборатории профессоров Ванга и Шу Чиен, профессоров биоинженерии в инженерной школе Джейкобса и инженерно-медицинском институте Калифорнийского университета в Сан-Диего, в сотрудничестве с профессорами Кирком Шунгом из Университета Южной Калифорнии и Мишелем Садленом из Университета Южной Калифорнии. Мемориальный онкологический центр им. Слоуна Кеттеринга в Нью-Йорке. Исследователи представляют свои выводы в январе. 15 выпуск Proceedings of the National Academy of Sciences, с UC San Diego Ph.D. кандидат Ицзя Пан как первый автор.
Исследователи обнаружили, что микропузырьки, конъюгированные со стрептавидином, могут связываться с поверхностью клетки, где экспрессируются механочувствительные ионные каналы Piezo1. Под воздействием ультразвуковых волн микропузырьки вибрируют и механически стимулируют ионные каналы Piezo1, позволяя ионам кальция проникать в клетку. Это запускает нисходящие пути, включая активацию кальциневрина, дефошорилирование NFAT и транслокацию в ядро. Транслоцированный ядром NFAT может связываться с вышестоящими ответными элементами модулей генетической трансдукции, чтобы инициировать экспрессию гена химерного антигенного рецептора (CAR) для распознавания и уничтожения раковых клеток-мишеней.