Wat wordt verstaan onder organ-on-a-chip-technologie?

CAR-T-celtherapieën volgen een gepersonaliseerde aanpak: er worden eigen immuuncellen, zogenaamde T-cellen, bij de patiënt afgenomen, gemodificeerd, vermenigvuldigd en weer teruggeplaatst, zodat het immuunsysteem de kankercellen zelf kan bestrijden. Dit gepersonaliseerde behandeltraject belooft een grotere effectiviteit en minder bijwerkingen. Bovendien hoeft de behandeling maar één keer te worden uitgevoerd. Vanwege de complexiteit en de handmatige productie is het echter slechts in beperkte mate verkrijgbaar.

Waarom is de productie van CAR-T-cellen zo complex en duur?

De productie van CAR-T-cellen is ingewikkeld en bestaat uit vele opeenvolgende stappen: eerst worden T‑cellen uit het bloed van de patiënt afgenomen. Deze cellen moeten worden gereinigd, geactiveerd en genetisch zodanig worden gemodificeerd dat ze kankercellen herkennen. Vervolgens worden de gemodificeerde cellen gekweekt en uitgebreid getest om er zeker van te zijn dat ze veilig en effectief zijn. Voor dit alles zijn steriele productiefaciliteiten, speciale apparatuur en goed opgeleid personeel nodig.

De hoge kosten worden veroorzaakt door dure materialen en speciale reagentia, evenals door de uitgebreide infrastructuur en de vele tests. Bovendien wordt elke behandeling individueel voor een patiënt samengesteld.

Decentrale, geautomatiseerde productie van CAR‑T‑cellen

Daarom heeft het Fraunhofer‑Instituut voor Productietechniek en Automatisering (IPA) met technologie van Festo een automatiseringsconcept ontwikkeld voor kleine, decentrale productiesystemen voor de behandeling van immuuncellen.

Deze modulaire minifabrieken zouden bijvoorbeeld in universitaire ziekenhuizen kunnen worden geëxploiteerd; ze werken grotendeels geautomatiseerd en hebben nauwelijks gespecialiseerd personeel nodig. Door automatisering worden productietijden en kosten aanzienlijk verminderd, waardoor CAR‑T‑therapieën sneller, goedkoper en voor meer patiënten beschikbaar worden.

Schaalbaarheid van gepersonaliseerde celtherapieën

De minifabrieken bestaan uit verschillende modules die de cassettes stap voor stap doorlopen. Per patiënt is voor elke stap in het therapieproces een cassette nodig waarin de T-cellen de nodige behandelingen ondergaan. In de cassette voor de processtap waarbij de cellen worden aangepast, zorgen automatiseringscomponenten van Festo voor een nauwkeurig vloeistoftransport in een zeer beperkte inbouwruimte.

De cassette bevat een op zichzelf staand en steriel vloeistofsysteem dat alle onderdelen bevat om de cellen te modificeren. De elementen zelf zijn passief. Ze worden extern aangestuurd wanneer de cassette in een van de modules van de minifabriek wordt geplaatst.

Nauwkeurige vloeistofregeling dankzij ingebouwde ventielen

In de celkweekkamer worden de T-cellen in contact gebracht met virussen die genetisch materiaal met de bouwtekening voor zogenaamde CAR-receptoren inbrengen. Daardoor produceren de T-cellen speciale CAR-receptoren en veranderen ze in CAR-T-cellen.

De verschillende media moeten hiervoor nauwkeurig in de celkweekkamer worden gedoseerd, daar worden gemengd en op temperatuur worden gebracht. Dat wordt verzorgd door een diffusion bonded manifold van Festo. Het verdeelblok bevat een kanaalsysteem en verbindt daarmee alle delen van de cassette met elkaar. Het zorgt voor een nauwkeurig vloeistoftransport. In de manifold zijn ventielen ingebouwd die van buitenaf via stuurlucht worden bediend om zo de verbinding tussen de afzonderlijke elementen tot stand te brengen.

De vloeistof wordt verplaatst door middel van duwen en trekken met perslucht of vacuüm. Dankzij intelligent geregelde perslucht kunnen zelfs de kleinste hoeveelheden nauwkeurig worden gedoseerd en binnen de cassette worden getransporteerd – en dat in een zeer compacte opstelling. Om de cassette daarna voor andere patiënten te kunnen gebruiken, hoeven alleen de onderdelen die in contact zijn geweest met de cellen en virussen te worden vervangen. Het systeem is zo ontworpen dat dit in een paar eenvoudige stappen en buiten een cleanroom kan worden uitgevoerd.