Immun

Jun 21, 2023

Im Rahmen einer multizentrischen Forschungsarbeit wurde ein immuninfiltriertes Nierengewebemodell entwickelt, mit dem sich die Auswirkungen von bispezifischen T-Zell-Antikörpern (TCBs) und möglicherweise anderen Immuntherapien auf das Ziel und außerhalb des Tumors untersuchen lassen. TCBs sind eine neue Klasse von Medikamenten, die sich mit einem Ende an Tumorzellen heften und mit dem anderen Ende Immunzellen anlocken, um diese zu zwingen, Tumorzellen abzutöten. Die neue Forschung wurde kürzlich in PNAS veröffentlicht.

Das neue Niere-auf-einem-Chip-Modell soll Forschern dabei helfen, eine der Herausforderungen bei der Behandlung solider Tumoren mit bispezifischen Antikörpern zu bewältigen – die Abtötung von Tumorzellen außerhalb des Ziels. Derzeit gibt es keine menschlichen In-vitro-Modelle von Nierengewebe, die die 3D-Architektur, Zellvielfalt und Organfunktionalität ausreichend nachahmen können, um diese Effekte während der präklinischen Forschung beurteilen zu können.

Forschungsmitarbeiter waren ein Team von Bioingenieuren und Immunonkologen vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University, der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), der Harvard Medical School (HMS) und den Roche Innovation Centers in der Schweiz und in Deutschland.

„Gemeinsam mit unseren Mitarbeitern bei Roche haben wir unser vaskularisiertes Nieren-Organoid-on-Chip-Modell um eine Immunzellpopulation erweitert, die zytotoxische T-Zellen enthält, die das Potenzial haben, nicht nur Tumorzellen, sondern auch andere Zellen, die Zielantigene präsentieren, abzutöten.“ sagte Jennifer Lewis, ScD, Mitglied der Wyss Core Faculty und leitende Autorin der Studie. „Unser vorklinisches menschliches In-vitro-Modell liefert wichtige Erkenntnisse darüber, welche Zellen von einem bestimmten TCB angegriffen werden und welche Schäden außerhalb des Ziels entstehen, wenn überhaupt.“

Im Jahr 2019 fanden Lewis und Mitarbeiter heraus, dass die Exposition von Nierenorganoiden, die aus menschlichen pluripotenten Stammzellen hergestellt wurden, während ihrer Differenzierung dem konstanten Fluss von Flüssigkeiten ausgesetzt wurde, ihre On-Chip-Vaskularisierung und Reifung von Glomeruli und tubulären Kompartimenten im Vergleich zu statischen Kontrollen verbesserte. Die Beobachtungen der Forscher wurden durch einen 3D-gedruckten Millifluidik-Chip ermöglicht, in dem Nierenorganoide während ihrer Differenzierung einem mit Nährstoffen und Differenzierungsfaktoren beladenen Medium ausgesetzt werden, das mit kontrollierten Geschwindigkeiten fließt. Das Chip-Gerät ermöglicht es Forschern, das Nierengewebe mithilfe der konfokalen Mikroskopie durch ein transparentes Fenster in Echtzeit direkt zu beobachten.

„Angesichts der Tatsache, dass dieses In-vitro-Modell die meisten Zelltypen in der Niere repräsentiert und das Immunsystem einbezieht, könnte es die Bewertung von On- und Off-Target-Effekten von TCBs sowie komplexen zellulären Interaktionen unterstützen“, sagt Kimberly Homan, PhD, Sasaysid. ein ehemaliger Postdoktorand in Lewis‘ Labor, Erstautor der ersten Arbeit und Mitautor der neuen Studie.

Das präklinische WT-1-Targeting-Tool TCB (WT1-TCB) wurde entwickelt, um spezifisch an das WT-1-Antigen zu binden, wenn es vom HLA-Protein auf der Oberfläche von Zielzellen, in diesem Fall WT-1-exprimierenden Tumorzellen, präsentiert wird. Das Team untersuchte zunächst, ob das normale WT-1-Protein in einer der wichtigsten Nierenzellpopulationen exprimiert wurde. Sie fanden heraus, dass WT-1 von Podozyten exprimiert wurde, in den proximalen und distalen Tubuluszellen jedoch nicht nachweisbar war. Darüber hinaus stellten sie fest, dass ein erheblicher Anteil dieser differenzierten Nierenzelltypen auch HLA exprimierte.

Um die spezifischen Targeting-Effekte von WT1-TCB zu verstehen, verglichen die Forscher diese mit denen eines unspezifischen TCB, das Antigene auf allen Nierenzelltypen binden kann, und eines TCB, das nur Immunzellen binden kann. Die drei Verbindungen lösten auffallend unterschiedliche Wirkungen aus, wenn sie über einen Zeitraum von fünf Tagen zusammen mit PBMCs unter Hochflussbedingungen in das Nieren-Organoid-on-Chip-Modell eingeführt wurden. DP47 ließ nur sehr wenige Zellen absterben, während das ESK1-ähnliche TCB durch die Rekrutierung von Immuneffektorzellen dosisabhängig alle Zelltypen anvisierte und tötete.

„Unser zentrales Ergebnis war, dass die WT1-TCB-Werkzeugverbindung zur selektiven Abtötung von WT-1-exprimierenden Podozyten in den Nierenorganoiden führte, während sie die Zellen in den distalen und proximalen Tubuli nicht beeinträchtigte“, bemerkt Co-Erstautor Katharina Kroll, PhD, Postdoktorandin im Lewis-Labor. „Dies zeigt überzeugend, dass unser künstlich hergestelltes menschliches In-vitro-Nieren-Organoid-on-Chip-System als präklinisches Arzneimittelentwicklungsinstrument zur Bewertung der Toxizität von TCBs am Ziel und außerhalb des Tumors als neue Klasse von Immuntherapeutika nützlich ist.“

Ein wichtiger Unterschied des aktuellen Nieren-Organoid-on-Chip-Systems besteht darin, dass die TCBs und PBMCs nicht über denselben Weg abgegeben werden wie in vivo, wo sie über die Perfusion und Filtration von Blut im glomerulären Kompartiment auf Nierenzellen zugreifen. Die Autoren gehen jedoch davon aus, dass der Zugang von TCBs zum WT1-Ziel auf glomerulären Zellen in vivo minimal wäre.

Kroll leitet nun die Bemühungen, das Modell des Teams physiologisch relevanter zu machen, indem er ein perfundierbares, vaskularisiertes Nieren-Organoid-on-Chip-Modell erstellt.

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