Un cip cât un card bancar dezvăluie cum celulele imunitare vânează și distrug cancerul în timp real

Un cip de mărimea unui card de credit ar putea în curând să depășească cancerul. O echipă condusă de profesorul Weiqiang Chen, de la NYU Tandon School of Engineering (SUA), a dezvoltat un dispozitiv miniatural care ar putea revoluționa testarea și personalizarea tratamentelor pentru cancerele de sânge.

Aproximativ de dimensiunea unei lamele de microscop, dispozitivul, denumit „leucemie pe cip”, este primul sistem de laborator care copiază atât structura măduvei osoase, cât și un răspuns imunitar uman funcțional, marcând un potențial pas major în cercetarea imunoterapiei.

• O nouă tehnologie de filtrare promite un progres în eliminarea substanțelor chimice „eterne” din apă
• Google DeepMind lansează AlphaGenome, un instrument AI care promite să accelereze înțelegerea bolilor genetice

Acest cip de mărimea unui card vine într-un moment în care FDA (Administrația pentru Alimente și Medicamente din SUA) intenționează să renunțe treptat la testarea pe animale pentru medicamentele precum anticorpii monoclonali, oferind un cadru pentru metode alternative de testare a siguranței. Platforma pe bază de cip oferă exact asta: posibilitatea de a observa în timp real interacțiunea dintre medicamentele imunoterapice și celulele canceroase într-un mediu care imită fidel corpul uman.

„Putem vedea cum se desfășoară tratamentele împotriva cancerului exact ca în corpul unui pacient, dar în condiții complet controlate și fără experimente pe animale”, a explicat Chen, profesor de inginerie mecanică și aerospațială.

Cum funcționează terapia CAR T și ce o limitează?

Terapia CAR T (Chimeric Antigen Receptor T-cell) este o formă promițătoare de imunoterapie pentru anumite tipuri de cancere ale sângelui. Ea presupune extragerea celulelor imunitare ale pacientului, reprogramarea lor genetică pentru a ataca celulele canceroase și reintroducerea lor în organism. Totuși, în ciuda rezultatelor promițătoare, aproape jumătate dintre pacienți suferă recidive, iar mulți dezvoltă efecte secundare severe, cum ar fi sindromul de eliberare de citokine, scrie Interesting Engineering.

Unul dintre cele mai mari obstacole în îmbunătățirea acestei terapii este lipsa unui sistem eficient de testare. Modelele pe animale sunt lente, greu de monitorizat și nu reflectă fidel complexitatea sistemului imunitar uman. Pe de altă parte, testele standard de laborator nu reușesc să reproducă mediul celular complex în care celulele canceroase și cele imunitare interacționează.

Ce aduce nou acest cip de mărimea unui card?

Noul dispozitiv pe cip simulează cele trei zone esențiale ale măduvei osoase unde se dezvoltă leucemia: vasele de sânge, cavitatea măduvei și căptușeala osoasă. Atunci când este populat cu celule prelevate din măduva osoasă a pacienților, sistemul începe să se auto-organizeze, producând propriile proteine structurale (colagen, fibronectină, laminină) și, esențial, menținând un mediu imunitar funcțional.

Folosind imagistică de înaltă rezoluție, cercetătorii au urmărit în timp real cum celulele imunitare se deplasează prin vasele de sânge, detectează celulele canceroase și le distrug, oferind o privire fără precedent asupra comportamentului celulelor CAR T.

„Am observat celule imunitare patrulând mediul, intrând în contact cu celulele canceroase și eliminându-le una câte una”, a spus Chen.

În plus, echipa a descoperit un fenomen neașteptat: un „efect de vecinătate” în care celulele imunitare modificate activau alte celule imunitare care nu erau ținta directă a terapiei, un mecanism care ar putea spori eficiența tratamentului.

Prin modificarea condițiilor din interiorul cipului, cercetătorii au reușit să simuleze scenarii clinice reale: de la remisiune completă, la rezistență la tratament sau recidivă după un răspuns inițial. În aceste teste, celulele CAR T de „generație a patra”, cu îmbunătățiri de design, s-au dovedit mai eficiente decât versiunile standard, mai ales la doze mai mici.

Un cip de mărimea unui card care este rapid, precis și adaptabil

Spre deosebire de modelele animale, care necesită luni de pregătire, cipul cu leucemie poate fi asamblat în doar jumătate de zi și permite desfășurarea de experimente timp de două săptămâni, oferind viteză, precizie și scalabilitate.

„Această tehnologie le-ar putea permite medicilor, în viitor, să testeze celulele canceroase ale unui pacient cu diferite versiuni ale terapiei înainte de începerea tratamentului. În locul unei abordări universale, am putea identifica ce variantă funcționează cel mai bine pentru fiecare pacient în parte”, a explicat Chen.

Pentru a evalua eficacitatea diverselor terapii CAR T, cercetătorii au dezvoltat un „indice analitic și integrativ bazat pe matrici”, care analizează mai mulți parametri ai răspunsului imunitar în diferite scenarii clinice. Acest cadru complex ar putea oferi predicții mai precise despre ce tratamente vor funcționa cu adevărat în cazul pacienților reali.

Descoperirile sunt prezentate în revista Nature Biomedical Engineering.

Vă recomandăm să citiți și:

Cum știi dacă un bebeluș va fi un adult deștept? Cercetătorii au aflat!

Realitatea Virtuală ajută supraviețuitorii de AVC să-și recapete mobilitatea

Aerobiomul invizibil: Viața microscopică care există deasupra norilor și ne influențează lumea

Instrument care prezice momentul în care utilizatorii vor respinge o nouă tehnologie