Een lymfocyt op de nieuwe nano chip voor kankeronderzoek Foto met dank aan Esti Toledo en Dr. Guillaume Le Saux
Na jaren van ontwikkeling hebben wetenschappers van BGU Negev een doorbraak nanochip ontwikkeld, die de immunotherapie van kanker vooruit zou kunnen stuwen.
Hun bevindingen zijn de afgelopen week gepubliceerd in het prestigieuze peer-reviewed tijdschrift Science Advances .
Deze studie heeft twee innovatieve en belangrijke aspecten: een vanuit een nano-technologisch perspectief en een vanuit een biologisch perspectief.
"Het gebied van nanotechnologie is ongeveer 20 jaar geleden van de grond gekomen, voornamelijk als gevolg van de behoefte om de grootte van componenten op computerverwerkingschips te verkleinen", zegt hoofdonderzoeker professor Mark Schvartzman.
"Tegenwoordig biedt het veld unieke hulpmiddelen die wetenschappers uit veel verschillende gebieden van dienst zijn. Met deze hulpmiddelen kunnen we objecten van slechts 10 nanometer of minder maken, bekijken en besturen. Dat is de grootteschaal van een enkel biomolecuul in het lichaam. Wij bereikte ongekende controle door een molecuul op te zetten als een enkele cel en we slaagden er zelfs in om voor het eerst belangrijke processen in de cel te "onderdrukken" of "activeren".
De studie heeft ook belangrijke gevolgen voor de geneeskunde en de biologie, "want we zijn erin geslaagd te begrijpen hoe de grootte en fysieke rangschikking van de receptoren op de cel van invloed zijn op hoe de witte bloedcellen "praten" met de andere cellen in het lichaam", legt co-auteur professor Angel Porgador uit., decaan van de Faculteit der Gezondheidswetenschappen bij BGU.
"Dit inzicht is van verreikende betekenis bij de ontwikkeling van immunotherapie behandelingen tegen kanker. Tegenwoordig kunnen celactiviteiten in het lichaam worden gericht op de bestrijding van kanker door receptoren genetisch te manipuleren. Deze innovatieve benadering loopt voorop bij kankerbehandelingen en is bewezen effectief voor bepaalde soorten bloedkanker, maar er is behoefte aan het ontwikkelen van andere methoden die effectief zijn tegen verschillende soorten kanker. Die ontwikkeling vereist een diep begrip van hoe het immuunsysteem werkt. Tegenwoordig komt dat begrip tot stand door nieuwe nan-otechnologische hulpmiddelen, " voegde hij eraan toe.
Van links naar rechts, Post-doc student Dr. Guillaume Le Saux, doctoraatsstudent Esti Toledo, Professor Mark Schvartzman en Professor Angel Porgador
Om zieke cellen te onderscheiden van gezonde cellen, zijn de witte bloedcellen uitgerust met receptoren – moleculen die weten hoe ze verbinding moeten maken met andere moleculen op de verdachte cellen (liganden). Er zijn receptoren die bij verbinding met een ligand de witte bloedcel het signaal geven om de verdachte cel aan te vallen, en er zijn receptoren die immuuncontrolepunten worden genoemd en die signaleren dat ze een aanval moeten onderdrukken en de cel moeten 'redden'. De delicate balans tussen signalen stelt het immuunsysteem in staat om onderscheid te maken tussen cellen en te voorkomen dat gezonde cellen worden aangevallen. De ontdekking van de onderdrukkers van immuunaanvallen heeft de afgelopen jaren geleid tot de immunotherapie-benadering van kanker, die het lichaam helpt kankercellen te identificeren en aan te vallen.
Ondanks de enorme hoeveelheid onderzoek in het veld, zijn er nog steeds een aantal open vragen met betrekking tot de activiteiten van deze immuun checkpointremmers, zoals: Heeft de afstand tussen de receptor die een aanval signaleert en de receptor die signalen niet aanvalt invloed op de aanvalsonderdrukking? Zo ja, hoe? Een baanbrekende studie door BGU-wetenschappers werpt licht op deze vragen. Ze ontwikkelden een siliconenmicrochip waarvan het oppervlak een kunstmatige kankercel nabootst, die de receptoren kan hechten en hun organisatie kan besturen.
Professor Schvartzman, een lid van de afdeling Materials Engineering en de Ilse Katz Instituut voor Nanoscale Science & Technology bij BGU, ontwikkelde de unieke chip in zijn lab. Met behulp van nano lithografie, waarvan de oorsprong ligt in het maken van computerprocessors, creëerden de onderzoekers een chip met metalen etsen van slechts 10 nanometer groot. De onderzoekers lijmden vervolgens beide soorten liganden op de chip. De afstand tussen de liganden werd op een gecontroleerde manier gevarieerd en om te verzekeren dat slechts één molecuul aan elke receptor hechtte.
Het team kon bevestigen dat lymfocytcellen een interactie aangingen met de chip alsof het een kankercel was en probeerden deze te vernietigen. Ze ontdekten dat de afstand tussen receptoren een dramatisch effect had op de respons van de lymfocyten: hoe verder weg de receptoren voor aanval en onderdrukking, hoe groter de onderdrukking. De onderzoekers waren enorm verrast door deze bevinding omdat het in tegenspraak is met het heersende begrip van de wetenschappelijke gemeenschap dat nabijheid vereist is om een aanval te onderdrukken. Volgens de onderzoekers heeft het celmembraan een beperkte flexibiliteit en daarom kan de lymfocyt zich niet aan beide receptoren hechten als de receptoren in de buurt zijn.
Het onderzoek werd uitgevoerd door promovendus uitgevoerd Esti Toledo en post-doc student Dr. Guillaume Le Saux met de hulp van onderzoeksgroepen uit Duitsland en Frankrijk.
