شکار لحظه‌ای سرطان با تراشه‌ای به اندازه کارت اعتباری

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک تراشه به اندازه کارت اعتباری ممکن است به زودی سرطان را شکست دهد.

تیمی به رهبری ویچیانگ چن از دانشکده مهندسی تاندون دانشگاه نیویورک، دستگاه مینیاتوری را توسعه داده‌اند که می‌تواند نحوه آزمایش و شخصی‌سازی درمان‌های سرطان خون را تغییر دهد.

«لوسمی روی تراشه» که تقریباً به اندازه یک اسلاید میکروسکوپ است، اولین سیستم رشد یافته در آزمایشگاه است که هم ساختار مغز استخوان و هم پاسخ ایمنی کارآمد انسان را شبیه‌سازی می‌کند و جهشی بالقوه در تحقیقات ایمونوتراپی محسوب می‌شود.

این پیشرفت در حالی حاصل می‌شود که سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) برنامه‌هایی را برای حذف تدریجی آزمایش‌های حیوانی برای آنتی‌بادی‌های مونوکلونال و سایر دارو‌ها ارائه می‌دهد و نقشه راهی را برای آزمایش‌های ایمنی جایگزین ترسیم می‌کند.

جایی که سرطان با دقت تلاقی می‌کند

این پلتفرم مبتنی بر تراشه دقیقاً همین کار را انجام می‌دهد و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا در زمان واقعی، تعامل دارو‌های ایمونوتراپی با سلول‌های سرطانی را در محیطی که دقیقاً مشابه بدن انسان است، مشاهده کنند.

چن، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا، گفت: «اکنون می‌توانیم روند درمان سرطان را مانند یک بیمار، اما تحت شرایط کاملاً کنترل‌شده و بدون آزمایش روی حیوانات، مشاهده کنیم.»

درمان با سلول T گیرنده آنتی‌ژن کایمریک یا درمان با سلول T CAR، به عنوان یک ایمونوتراپی قدرتمند برای برخی از سرطان‌های خون ظهور کرده است. این رویکرد شامل استخراج سلول‌های ایمنی بیمار، برنامه‌ریزی مجدد ژنتیکی آنها برای حمله به سرطان و تزریق مجدد آنها به بدن است. با این حال، علیرغم وعده‌های داده شده، تقریباً نیمی از بیماران در نهایت دچار عود بیماری می‌شوند و بسیاری از آنها از عوارض جانبی جدی مانند سندرم آزادسازی سیتوکین رنج می‌برند.

یکی از موانع اصلی برای بهبود این روش‌های درمانی، فقدان سیستم‌های آزمایش مؤثر است. مدل‌های حیوانی کند هستند، نظارت بر آنها دشوار است و پیچیدگی سیستم ایمنی انسان را به خوبی منعکس نمی‌کنند. در همین حال، آزمایش‌های آزمایشگاهی استاندارد، در به تصویر کشیدن محیط سلولی پیچیده‌ای که سرطان و سلول‌های ایمنی در آن با هم تعامل دارند، ناتوان هستند.

سلول‌ها در زمان واقعی

دستگاه جدید مبتنی بر تراشه این وضعیت را تغییر می‌دهد. این دستگاه سه ناحیه کلیدی مغز استخوان را که لوسمی در آنها ریشه می‌گیرد، تقلید می‌کند - رگ‌های خونی، حفره مغز استخوان اطراف و پوشش بیرونی استخوان. هنگامی که سلول‌های مغز استخوان مشتق از بیمار در آن کاشته می‌شوند، سیستم شروع به خودآرایی می‌کند و سلول‌ها پروتئین‌های ساختاری خود - کلاژن، فیبرونکتین، لامینین - را تولید می‌کنند و از همه مهم‌تر، یک محیط ایمنی عملکردی را حفظ می‌کنند.

محققان با استفاده از تصویربرداری با وضوح بالا، سلول‌های ایمنی را در زمان واقعی ردیابی کردند، زیرا آنها در رگ‌های خونی حرکت می‌کردند، سلول‌های سرطانی را شناسایی کرده و آنها را از بین می‌بردند و دریچه‌ای بی‌سابقه به رفتار سلول‌های T CAR ارائه دادند.

این تیم مشاهده کرد که سلول‌های مهندسی‌شده با هدف مشخصی حرکت می‌کنند، از بافت سالم عبور می‌کنند و در نزدیکی سلول‌های سرطانی سرعتشان کاهش می‌یابد، زیرا به سمت سلول‌های هدف رفته و آنها را از بین می‌برند.

چن گفت: «ما مشاهده کردیم که سلول‌های ایمنی در محیط خود گشت‌زنی می‌کنند، با سلول‌های سرطانی تماس برقرار می‌کنند و آنها را یکی یکی از بین می‌برند.»

محققان همچنین یک «اثر ناظر» شگفت‌انگیز را کشف کردند، که در آن سلول‌های ایمنی مهندسی‌شده، سلول‌های ایمنی دیگری را که مستقیماً توسط درمان هدف قرار نگرفته بودند، فعال کردند - پدیده‌ای که می‌تواند هم اثربخشی درمان و هم عوارض جانبی را افزایش دهد.

با تنظیم شرایط درون تراشه، تیم توانست نتایج بالینی دنیای واقعی، از جمله بهبودی کامل، مقاومت به درمان و عود بیماری پس از پاسخ اولیه را شبیه‌سازی کند. در این آزمایش‌ها، سلول‌های T CAR نسل چهارم که به تازگی توسعه یافته‌اند - با پیشرفت‌های طراحی پیشرفته - از نسخه‌های استاندارد، به ویژه در دوز‌های پایین‌تر، عملکرد بهتری داشتند.

برخلاف مدل‌های حیوانی که آماده‌سازی آنها می‌تواند ماه‌ها طول بکشد، تراشه لوسمی را می‌توان تنها در نصف روز مونتاژ کرد و آزمایش‌ها را در یک دوره دو هفته‌ای امکان‌پذیر می‌سازد و سرعت، دقت و مقیاس‌پذیری را ارائه می‌دهد.

چن توضیح داد: «این فناوری در نهایت می‌تواند به پزشکان اجازه دهد تا سلول‌های سرطانی بیمار را قبل از شروع درمان، در برابر طرح‌های درمانی مختلف آزمایش کنند. به جای یک رویکرد یکسان برای همه، می‌توانیم تشخیص دهیم که کدام درمان خاص برای هر بیمار بهترین نتیجه را خواهد داشت.»

برای ارزیابی اثربخشی درمان‌های مختلف CAR T-cell، محققان یک «شاخص تحلیلی و یکپارچه مبتنی بر ماتریس» ایجاد کردند که جنبه‌های مختلف پاسخ ایمنی را در سناریو‌های بالینی مختلف ارزیابی می‌کند.

این چارچوب جامع می‌تواند پیش‌بینی‌های دقیق‌تری از اینکه کدام درمان‌ها بیشترین احتمال موفقیت را در بیماران دارند، ارائه دهد.

یافته‌های کامل در مقاله‌ای که در مجله‌ی Nature Biomedical Engineering منتشر شده است، به تفصیل شرح داده شده است.