Une nouvelle plate-forme technologique pourrait apporter des thérapies cellulaires individualisées aux patients

Leurs conclusions, à paraître le 27 janvier dans la revue Nature Génie biomédical, ont montré un rétrécissement spectaculaire des tumeurs chez la souris par rapport aux méthodes traditionnelles de thérapie cellulaire. Avec un nouveau dispositif microfluidique qui pourrait être imprimé en 3D, l’équipe a multiplié, trié et récolté des centaines de millions de cellules, récupérant 400 % de plus de cellules mangeuses de tumeurs que les approches actuelles.

La plupart des traitements contre le cancer impliquent des produits chimiques toxiques et des substances étrangères, qui provoquent des effets secondaires nocifs et affaiblissent la réponse immunitaire du corps. L’utilisation de tissus de son propre corps peut éliminer les effets secondaires et le risque de rejet, et de nombreuses thérapies contre les maladies en médecine régénérative et dans le traitement du cancer ont gagné du terrain en clinique. Mais parfois les roues patinent.

« Les gens ont été guéris dans la clinique d’un mélanome avancé grâce à un traitement avec leurs propres cellules immunitaires qui ont été récoltées à partir de tissus tumoraux », a déclaré Shana O. Kelley, pionnière de la biotechnologie translationnelle et auteur correspondant de l’article. « Le problème est qu’en raison de la façon dont les cellules sont récoltées, cela ne fonctionne que chez un très petit nombre de patients. »

Kelley est professeur Neena B. Shwartz de chimie et de génie biomédical au Northwestern University Weinberg College of Arts and Sciences et à la McCormick School of Engineering, et professeur de biochimie et de génétique moléculaire à la Northwestern University Feinberg School of Medicine.

Les cellules d’intérêt, appelées lymphocytes infiltrant les tumeurs (TIL), sont des cellules immunitaires naturelles qui envahissent le tissu tumoral en engageant les cellules dans une forme de combat au corps à corps qui ressemble à quelqu’un utilisant un insecticide sur une mauvaise herbe. Mais, dans ce scénario, les chercheurs précédents ont attaqué les mauvaises herbes avec une cartouche de produits chimiques à moitié périmée.

C’est le cas des thérapies cellulaires utilisées dans les cliniques aujourd’hui, où un mélange de cellules « épuisées » et « naïves » est utilisé pour traiter les tumeurs. Après avoir été extraites des tissus, les cellules sont cultivées dans des laboratoires éloignés des patients dont elles ont été prélevées. Au moment où elles se sont multipliées et sont prêtes à être replacées dans le corps, de nombreuses cellules sont épuisées et incapables de se battre, ayant été dans la tumeur pendant trop longtemps.

Rassembler les meilleurs combattants

À l’aide d’une nouvelle technologie appelée ciblage par affinité microfluidique des cellules infiltrantes (MATIC), les chercheurs peuvent identifier les cellules les plus actives grâce à des techniques de tri cellulaire activées par la nanotechnologie. Dans l’article, les scientifiques ont utilisé MATIC pour trouver ce que les auteurs ont appelé la « population de boucles d’or » de cellules, produisant des résultats spectaculaires pour la population de souris qu’ils examinaient. Les tumeurs chez les souris ont considérablement diminué – et chez certaines souris ont complètement disparu – produisant une grande amélioration des taux de survie par rapport aux méthodes plus traditionnelles de récupération de TIL.

« Au lieu de donner aux souris ce mélange de cellules avec différents phénotypes, nous leur donnons le phénotype cellulaire unique qui peut réellement les aider », a déclaré Kelley. « Vous voyez beaucoup plus de puissance et un taux de réponse beaucoup plus élevé lorsque vous vous concentrez vraiment sur le point idéal de la réactivité des lymphocytes T. »

Technologie reproductible et accessible

Parce que la technologie de son équipe est petite et facilement reproductible, Kelley a déclaré qu’il serait possible d’introduire le dispositif imprimé en 3D dans les environnements hospitaliers, plutôt que de le confiner à un laboratoire. Rapprocher la thérapie cellulaire des patients réduirait considérablement les coûts de recherche et de développement et, en fin de compte, fournirait le traitement à un plus grand nombre de personnes.

Kelley a rejoint Northwestern en août en provenance de l’Université de Toronto et a continué d’étudier comment sa plateforme pourrait faire progresser les traitements contre le cancer. Maintenant, elle utilise l’appareil pour rechercher les mêmes types de TIL dans des échantillons de sang, ce qui éliminerait le besoin d’une intervention chirurgicale pour retirer un petit morceau de tumeur avant cette forme de traitement.

Kelley a lancé une petite entreprise pour commercialiser ses appareils et prévoit de travailler avec des partenaires industriels et des collaborateurs de Northwestern pour continuer à développer les cas d’utilisation de l’outil.

La plate-forme elle-même a été utilisée dans de nombreuses applications, principalement pour l’analyse et la mesure de cellules rares dans le corps.

« Lorsque nous entreprenons le développement d’une nouvelle technologie, nous nous retrouvons généralement avec un marteau, puis nous devons chercher un clou », a déclaré Kelley. « Nous avons été initiés aux problèmes de la thérapie cellulaire, et il était immédiatement évident que cela correspondait parfaitement. »

Le premier auteur de l’étude, Ph.D. Daniel Wang, étudiant, rejoint également Northwestern de l’Université de Toronto en tant que boursier postdoctoral et prévoit de continuer à développer de nouvelles solutions pour la thérapie cellulaire dans les laboratoires du groupe Kelley sur le campus de Chicago.

Kelley est également membre de l’Institut international de nanotechnologie (IIN), du Chemistry of Life Processes Institute, du Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology et du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Northwestern University.