Onderzoekers van de Technische Universiteit München (TUM) hebben een innovatief lab-on-a-chip-platform ontwikkeld waarmee de interactie tussen immuuncellen en kankercellen op het niveau van individuele cellen kan worden gevolgd. De technologie, CellTrap genaamd, maakt het mogelijk om nauwkeurig te observeren hoe en wanneer immuuncellen tumorcellen herkennen, aanvallen en vernietigen. Volgens de onderzoekers kan dit bijdragen aan een beter begrip van immunotherapieën en de ontwikkeling van nieuwe behandelstrategieën tegen kanker versnellen.
Immunotherapie heeft de behandeling van verschillende vormen van kanker de afgelopen jaren ingrijpend veranderd. Toch is nog niet volledig duidelijk waarom sommige patiënten goed reageren op deze therapieën en anderen nauwelijks. De technologie is uitvoering beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift RSC Advances.
Individuele interacties
Bestaande laboratoriumtesten leveren doorgaans alleen gemiddelde resultaten op van grote aantallen cellen. Ze laten bijvoorbeeld zien hoeveel tumorcellen een behandeling overleven, maar geven weinig inzicht in de onderliggende processen tussen afzonderlijke immuun- en kankercellen. Juist die individuele interacties zijn volgens de onderzoekers essentieel om de effectiviteit van immunotherapie beter te begrijpen. Het moment waarop een immuuncel contact maakt met een tumorcel, geactiveerd raakt en uiteindelijk een kankercel uitschakelt, kan bepalend zijn voor het uiteindelijke behandelingsresultaat.
CellTrap bestaat uit een microfluïdische chip met een hoofdkanaal dat zich vertakt naar honderden kleine opvangkamers. In totaal bevat de chip 1.024 afzonderlijke ‘traps’ waarin cellen gecontroleerd kunnen worden vastgezet. Onderzoekers kunnen in deze microkamers individuele immuuncellen en kankercellen samenbrengen in verschillende verhoudingen. Vervolgens worden de interacties gedurende maximaal veertien uur gevolgd met behulp van time-lapse fluorescentiemicroscopie.
Hierdoor ontstaat een gedetailleerd beeld van uiteenlopende situaties: van afzonderlijke kankercellen tot combinaties met één of meerdere immuuncellen. Het systeem maakt het mogelijk om niet alleen te registreren óf een tumorcel wordt vernietigd, maar ook wanneer dat gebeurt en welke signalen daaraan voorafgaan. Volgens professor Ghulam Destgeer, specialist in de manipulatie van microscopische levende systemen aan TUM, onderscheidt CellTrap zich bovendien doordat het gebruikmaakt van standaard laboratoriumapparatuur. Daardoor blijft de technologie relatief eenvoudig en betaalbaar voor onderzoeksinstellingen.
Nieuwe inzichten in immuunreacties
In eerste experimenten gebruikten de onderzoekers een glioblastoomcellijn, afkomstig van een agressieve hersentumor. Daaruit bleek dat tumorcellen vaker en intensiever werden aangevallen wanneer meerdere immuuncellen tegelijkertijd aanwezig waren. Daarnaast zagen de onderzoekers dat vroege activatiesignalen in immuuncellen vaak voorspellend waren voor latere celschade bij de tumorcel. Voor het eerst kon binnen dezelfde celinteractie worden gevolgd hoe een vroege immuunreactie zich ontwikkelt tot daadwerkelijke vernietiging van een kankercel.
Naast glioblastoom werd het platform ook succesvol getest met cellijnen van chronische myeloïde leukemie en adenocarcinoom. Volgens Destgeer bieden deze inzichten nieuwe mogelijkheden om verschillende behandelstrategieën met elkaar te vergelijken en beter te begrijpen welke factoren bijdragen aan een effectieve immuunrespons.
Brede inzetbaarheid
Hoewel het onderzoek zich richtte op interacties tussen immuun- en kankercellen, is de technologie breder toepasbaar. Vrijwel iedere combinatie van celtypen kan in het systeem worden onderzocht. Dat opent perspectieven voor onderzoek naar uiteenlopende ziekten en biologische processen waarbij communicatie tussen individuele cellen een belangrijke rol speelt.
Met CellTrap beschikken de TUM onderzoekers over een nieuw hulpmiddel om complexe celinteracties zichtbaar te maken. De verwachting is dat dergelijke technologieën een steeds belangrijkere rol gaan spelen bij de ontwikkeling van gepersonaliseerde immunotherapieën en andere innovatieve behandelingen binnen de oncologie.
Onderzoek naar immuuntherapie
Eerder dit jaar berichtten we over een onderzoek van Apotheker-promovendus Justine Cuperus van het HagaZiekenhuis. Hij doet onderzoek naar hoe AI kan helpen voorspellen welke patiënten met uitgezaaide niet-kleincellige longkanker baat hebben bij immuuntherapie en wie een verhoogd risico loopt op ernstige bijwerkingen. Hiervoor ontwikkelt zij twee AI-gestuurde voorspelmodellen: één voor de effectiviteit van de behandeling en één voor het optreden van bijwerkingen. Voor dit onderzoek beschikt hij over gegevens van 2.400 patiënten uit vijf Nederlandse ziekenhuizen. Naast patiëntkenmerken zoals leeftijd, gewicht en rookgeschiedenis worden ook tumorkenmerken, uitzaaiingen, medicatiegebruik en andere aandoeningen meegenomen.
De modellen moeten artsen en patiënten ondersteunen bij het maken van beter onderbouwde behandelkeuzes. Immuuntherapie heeft de vooruitzichten voor longkankerpatiënten verbeterd, maar slaat slechts bij ongeveer 20 procent van de patiënten aan en kan ernstige bijwerkingen veroorzaken. Door vooraf nauwkeuriger te voorspellen welke patiënten waarschijnlijk profiteren van de behandeling, kan zorg doelgerichter, veiliger en kosteneffectiever worden ingezet. Het HagaZiekenhuis leidt het onderzoek, dat uiteindelijk ook toepasbaar kan zijn voor andere intensieve en kostbare geneesmiddelen.
