Czym jest terapia komórkowa CAR-T?

Terapie komórkowe CAR-T realizują spersonalizowane podejście: od pacjenta pobierane są własne komórki odpornościowe – tzw. limfocyty T – które następnie są modyfikowane, namnażane i ponownie podawane pacjentowi, umożliwiając układowi immunologicznemu samodzielne zwalczanie komórek nowotworowych. To spersonalizowane podejście terapeutyczne daje szansę na wyższą skuteczność leczenia oraz ograniczenie działań niepożądanych. Ponadto terapia musi być przeprowadzana tylko jednorazowo. Ze względu jednak na swoją złożoność oraz w dużej mierze manualny sposób wytwarzania jest ona dostępna jedynie w ograniczonym zakresie.

Dlaczego produkcja komórek CAR-T jest tak skomplikowana i droga?

Wytwarzanie komórek CAR-T jest procesem złożonym i obejmuje wiele następujących po sobie etapów: w pierwszym kroku z krwi pacjenta pobierane są limfocyty T. Komórki te muszą zostać oczyszczone, aktywowane i zmodyfikowane genetycznie, aby mogły rozpoznawać komórki rakowe. Następnie zmodyfikowane komórki są namnażane i poddawane szczegółowym testom, aby upewnić się, że są bezpieczne i skuteczne. Wszystko to wymaga sterylnych pomieszczeń produkcyjnych, specjalistycznego sprzętu i dobrze przeszkolonego personelu.

Wysokie koszty wynikają z drogich materiałów i specjalnych odczynników, a także ze złożonej infrastruktury i licznych testów. Co więcej, każda terapia jest przygotowywana indywidualnie dla danego pacjenta.

Zdecentralizowana, zautomatyzowana produkcja komórek CAR-T

Dlatego Instytut Fraunhofera ds. Techniki Produkcji i Automatyzacji (IPA), wykorzystując technologię Festo, opracował koncepcję automatyzacji dla małych, zdecentralizowanych systemów produkcyjnych przeznaczonych do terapii komórek odpornościowych.

Te modułowe minifabryki mogą być eksploatowane na przykład w uniwersyteckich szpitalach klinicznych, pracują w dużej mierze w sposób zautomatyzowany i wymagają jedynie minimalnego udziału wykwalifikowanego personelu. Dzięki automatyzacji czasy wytwarzania oraz koszty są znacząco redukowane, co sprawia, że terapie CAR-T stają się szybsze, tańsze i dostępne dla większej liczby pacjentów.

Skalowalność spersonalizowanych terapii komórkowych

Minifabryki składają się z różnych modułów, przez które kasety przechodzą etapami. Dla każdego pacjenta i każdego etapu procesu terapeutycznego wymagana jest osobna kaseta, w której limfocyty T poddawane są niezbędnym procedurom. W kasecie przeznaczonej do etapu procesu modyfikacji komórek komponenty automatyki Festo zapewniają precyzyjny transport cieczy przy skrajnie ograniczonej przestrzeni montażowej.

Kaseta zawiera zamknięty, sterylny system fluidyczny, obejmujący wszystkie elementy niezbędne do modyfikacji komórek. Elementy same w sobie są pasywne. Są one obsługiwane zewnętrznie poprzez włożenie kasety do jednego z modułów mini-fabryki.

Precyzyjne sterowanie cieczami dzięki zintegrowanym zaworom

W komorze hodowli komórkowej limfocyty T są poddawane kontaktowi z wirusami, które wprowadzają materiał genetyczny zawierający informację kodującą tzw. receptory CAR. W rezultacie limfocyty T wytwarzają specyficzne receptory CAR i stają się komórkami CAR-T.

W tym celu różne media muszą być precyzyjnie dozowane do komory hodowli komórkowej, a następnie mieszane i utrzymywane w kontrolowanej temperaturze. Za obsługę tego procesu Diffusion Bonded Manifold z Festo. Blok rozdzielający zawiera system kanałów i za jego pośrednictwem łączy wszystkie obszary kasety. Umożliwia precyzyjny transport cieczy. Manifold integruje zawory, które są przełączane zewnętrznie za pomocą sterującego powietrza, umożliwiając w ten sposób realizację połączeń pomiędzy poszczególnymi elementami.

Ruch cieczy realizowany jest poprzez naprzemienne tłoczenie i zasysanie z wykorzystaniem sprężonego powietrza lub podciśnienia. Dzięki inteligentnie regulowanemu sprężonemu powietrzu nawet najmniejsze ilości cieczy mogą być precyzyjnie dozowane i transportowane wewnątrz kasety – i to przy minimalnej przestrzeni zabudowy. Aby później móc wykorzystać kasetę u innych pacjentów, należy wymienić tylko te elementy, które miały kontakt z komórkami i wirusami. Konstrukcja systemu umożliwia wykonanie tych czynności za pomocą kilku prostych kroków, bez konieczności pracy w pomieszczeniu czystym.