Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont développé une technologie évolutive et non virale qui fournit efficacement le matériel génétique dans les cellules immunitaires humaines. La plate-forme, appelée transfection nanostraw électro-actualisée (ensuite), utilise de minuscules nanostructures creuses et des impulsions électriques pour insérer une grande variété de biomolécules – protéines, ARNm et outils d'édition génétique – dans les cellules immunitaires avec une efficacité élevée et une perturbation minimale.
L'équipe, dirigée par le professeur adjoint Andy Tay du Département de génie biomédical du Collège de conception et d'ingénierie, ainsi que de l'Institut d'innovation et de technologie de la santé, a démontré que la prochaine peut se transformer – c'est-à-dire des types de cellules génétiques telles que les cellules immunitaires en une seule fois, y compris Neutrophiles qui sont développés en tant que thérapies alternatives sur les cellules immunitaires.
Ensuite, la livraison des gènes est plus rapide et moins dommageable, ce qui aide à son tour à réduire les coûts de fabrication et à améliorer la cohérence des produits cellulaires d'ingénierie, y compris ceux utilisés dans les thérapies cellulaires des récepteurs-T de l'antigène chimérique (CAR-T) pour le cancer. Cela pourrait potentiellement élargir l'accès des patients aux traitements avancés qui sont actuellement limités par des coûts élevés et des défis de production.
Les conclusions de l'équipe ont été publiées dans le journal Biomatériaux Le 5 janvier 2025. Des chercheurs de la Nus Yong Loo Lin School of Medicine ont également contribué à la percée de la recherche.
Livraison de gènes de nouvelle génération
Le cancer reste l'une des principales causes de décès dans le monde, responsable de près de 10 millions de vies chaque année. Parmi les stratégies de traitement les plus prometteuses à émerger ces derniers temps, il y a la thérapie par cellules CAR-T, qui implique la reprogrammation des cellules immunitaires d'un patient pour reconnaître, cibler et tuer les cellules cancéreuses. Cette approche personnalisée a démontré le succès du traitement des cancers du sang, en particulier chez ceux qui ont épuisé les options conventionnelles. Cependant, il reste cher et logistiquement complexe.
Le 1er août 2024, le ministère de la Santé de Singapour a commencé à fournir des subventions aux produits cellulaires, tissulaires et génières (CTGTP) qui sont évalués cliniquement et rentables. Le premier CTGTP éligible à la subvention est un traitement connu sous le nom de Tisagenlecleucel, un type de traitement des cellules CAR-T pour traiter les cancers du sang.
« À Singapour, une perfusion de cellules CAR-T unique peut coûter environ 670 000 $. Bien que des subventions soient disponibles, elles ne couvrent généralement qu'une fraction du coût.
L'un des principaux obstacles de la fabrication de CAR-T réside dans la livraison de matériel génétique dans les cellules immunitaires. Les méthodes actuelles standard incluent les vecteurs viraux et l'électroporation en vrac. D'une part, alors que les approches virales sont efficaces, elles soulèvent des préoccupations concernant la sécurité, l'immunogénicité et l'intégration des gènes aléatoires. De l'autre, l'électroporation en vrac, qui repose sur des impulsions électriques à haute tension, peut stress et endommager les cellules, réduisant ainsi leur qualité thérapeutique.
La prochaine plate-forme de l'équipe NUS surmonte ces limites. Il fonctionne en interfaçant les cellules avec une forêt dense de nanostraws – des tubes creux microscopiques inférieurs à une millième de largeur des cheveux humains. Lorsqu'un signal électrique léger est appliqué, les nanostraws ouvrent des pores temporaires dans la membrane cellulaire, permettant aux biomolécules telles que l'ARNm ou les complexes CRISPR / CAS9 d'entrer directement dans le cytoplasme cellulaire.
« Notre prochaine plate-forme peut gérer un large éventail de types de cellules immunitaires. Cela est particulièrement opportun car le domaine de la thérapie cellulaire s'étend au-delà des approches traditionnelles du CAR-T pour inclure d'autres types de cellules », a déclaré M. Arun Kumar, premier auteur du journal et doctorant chez NUS supervisé par le professeur Asst.
« Pensez à la livraison de gènes comme la sélection d'un service de livraison de nourriture. Idéalement, vous en voulez un qui est rapide, fiable, maintient la nourriture fraîche et ne coûte pas la fortune. C'est ce que la livraison de gènes devrait être – efficace, rentable, ne stressait pas trop les cellules, et adaptable à de nombreux` `ordres '' ou biomolécules », a ajouté M. Kumar.
Dans les expériences précliniques, la prochaine plate-forme a obtenu des efficacités de transfection allant jusqu'à 94% pour les protéines et plus de 80% pour l'ARNm dans les cellules T primaires, tout en maintenant des fonctions biologiques clés telles que la prolifération, la migration et la production de cytokines.
Nous avons été très encouragés à voir que même après la transfection, les cellules immunitaires ont conservé leurs caractéristiques essentielles de lutte contre les tumeurs. Cela suggère que la plate-forme offre à la fois l'efficacité et la qualité cellulaire nécessaire à une thérapie efficace. «
Professeur adjoint Andy Tay, Département de génie biomédical, College of Design and Engineering, Institute for Health Innovation and Technology at NUS
Traitements contre le cancer plus accessibles et adaptables
La prochaine plate-forme peut concevoir des cellules immunitaires alternatives qui sont moins susceptibles de déclencher des réactions immunitaires graves, et dans certains cas, peuvent fonctionner sans correspondre au profil immunitaire du patient, ce qui les rend adaptés à des thérapies allogéniques « standard ».
De plus, la nature à haut débit de la plate-forme est conçue pour aborder les goulots d'étranglement de l'échelle et des coûts de la production de thérapie cellulaire. La version multi-puits des chercheurs du NUS de la plate-forme peut transformer plus de 14 millions de cellules en une seule fois, permettant la livraison simultanée de différentes cargaisons génétiques en plusieurs types de cellules immunitaires de divers donneurs pour réduire le temps de production.
Travaillant vers la traduction clinique, la prochaine étape de l'équipe consiste à valider la technologie dans les études précliniques avant de passer à des essais humains. Ils travaillent également avec des partenaires de l'industrie pour explorer comment le système peut être intégré aux flux de travail de fabrication de thérapie cellulaire existants et recherchent activement des opportunités pour tester la plate-forme dans des contextes commerciaux réels.
