Immuuncellen activeren voor nano-immunotherapie tegen kanker

De afgelopen twee jaar hield de COVID-19-pandemie de wereld in haar greep. De snelle ontwikkeling en productie van vaccins was, en is nog steeds, van cruciaal belang om de verspreiding van het virus tegen te gaan en de druk op de gezondheidszorg te verlichten. Deze pandemie heeft duidelijk het belang aangetoond van wetenschappelijk onderzoek in de geneeskunde, vooral van de ontwikkelingen op het gebied van nanotechnologie voor het immuunsysteem.

Het immuunsysteem helpt ons te beschermen tegen ziekteverwekkers. Soms speelt het immuunsysteem echter ook een rol bij het bevorderen van ziekten. Het is echter mogelijk dit te stoppen door het gebruik van geneesmiddelen die het immuunsysteem versterken of afremmen. Deze vorm van behandeling staat bekend als immunotherapie.

Helaas zijn sommige immunotherapieën niet altijd effectief en leiden ze vaak tot ongewenste bijwerkingen zoals huiduitslag, longontsteking en ongewone auto-immuunreacties.

Nanodragers

Nanodragers, nanostructuren die zijn ontworpen om materialen zoals geneesmiddelen in het lichaam te transporteren, kunnen geneesmiddelen naar specifieke organen en cellen in het immuunsysteem brengen. Dit type ‘nano-immunotherapie’ kan doeltreffender en veiliger zijn dan gewone immuuntherapie, omdat alleen de cellen van belang worden aangepakt.

Recente studies tonen aan dat de vorm van nanodragers een rol speelt in hun interactie met het immuunsysteem. Diepgaand onderzoek hiernaar is echter nog niet verricht, deels vanwege de uitdagingen in het controleren van de bouw van deze nanodragers op nanoschaal.

Onderzoek naar de vorm en grootte van nanodragers

Tijdens haar promotieonderzoek onderzocht Annelies Wauters hoe de grootte en vorm van nanodragers, gemaakt van biologisch afbreekbare polymeren, interacties met het immuunsysteem kunnen beïnvloeden en hoe ze kunnen worden toegepast in nano-immunotherapie.

Wauters voerde het onderzoek uit in de groep Bio-Organic Chemistry, waarin ook Jan van Hest en Loai Abdelmohsen zitten. Om de invloed van de vorm en grootte van nanodragers te onderzoeken, creëerde zij een minibibliotheek van nanodragers, waaraan ze speciale labels toevoegde om de nanostructuren in vivo te kunnen volgen.

"We ontdekten dat de morfologie van de nanodrager van groot belang was voor de manier waarop de nanodragers over het weefsel waren verdeeld. We waren met name geïnteresseerd in hoe de nanodragers zich richtten op immuun-organen en -cellen", zegt Wauters.

Immuuncellen wakker maken voor de strijd van hun leven

Nadat ze hadden aangetoond dat de nanodragers konden worden gebruikt om specifieke immuuncellen aan te pakken, besloten Wauters en haar medewerkers om de deeltjes te gebruiken om kankercellen te elimineren.

"Vaak ontwikkelen kankercellen manieren om de afweer van het immuunsysteem te omzeilen, zoals het volledig uitschakelen van immuuncellen. Dus wilden we de rollen omdraaien", zegt Wauters. "Met andere woorden: we wilden de immuuncellen tot actie aanzetten."

En dat is precies wat Wauters en haar collega's deden, in samenwerking met het lab van Willem Mulder. Ze leverden via de nanodragers een immuuncel-activerend medicijn, waardoor de immuuncellen effectief ‘wakker’ werden. Met deze aanpak konden ze de tumorgroei in een muismodel vertragen. Daarnaast hebben zij de eerste belangrijke stappen gezet op weg naar volledige klinische proeven met de nanodragers, door aan te tonen dat deze effectief en veilig zijn in twee niet-menselijke primaatmodellen.

Nanodragers als kunstmatige immuuncellen

Ten slotte gebruikte Wauters de nanodragers om kunstmatige immuuncellen te maken, die een goedkoper en minder invasief alternatief bieden voor de huidige celgebaseerde immuuntherapieën.

Met dit in gedachten ontwikkelde zij een methode om belangrijke immunoactieve eiwitten op een zeer gecontroleerde manier op het oppervlak van de nanodragers te plaatsen.

"We hebben deze kunstmatige immuuncellen getest op hun vermogen om menselijke immuuncellen te activeren", wijst Wauters. "De vorm van de nanodrager en de hoeveelheid van de eiwitten op hun oppervlakte bleken de activatie van de immuuncellen te regelen."

Met dit onderzoek heeft Wauters een belangrijke basis gelegd voor toekomstig onderzoek en toepassingen van nano-immunotherapieën. "Deze werkwijze met nanodragers zou niet alleen heel belangrijk kunnen zijn voor immunotherapie tegen kanker, maar ook voor de behandeling van auto-immuunziekten of hart- en vaatziekten, en de ontwikkeling van vaccins", zegt Wauters.

De toekomst

Wat de nanodragers betreft: in toekomstig onderzoek zal worden onderzocht hoe ze kunnen worden gebruikt om andere immunotherapeutische geneesmiddelen af te leveren. Ook zal in meer detail worden bestudeerd hoe de geneesmiddelen die zij leveren het immuunsysteem kunnen beïnvloeden. Bovendien zullen de synthetische immuuncellen in vivo worden bestudeerd.

De volgende stap voor Annelies Wauters is een postdoc-positie bij de afdeling Tumor Immunology van het Radboudumc, waar ze gaat werken aan de klinische vertaling van synthetische immuuncellen voor kankerimmunotherapie. "Ik ben enthousiast over deze volgende stap in mijn onderzoekscarrière, en kijk ernaar uit om nieuwe immunotherapieën te ontwikkelen die kunnen helpen in de strijd tegen kanker", zegt Wauters.

Titel van proefschrift: Shaping Polymeric Nanocarriers for Immunotherapy. Promotors: prof.dr.ir. Jan C.M. van Hest (promotor) en dr. Loai K.E.A. Abdelmohsen (copromotor) van de onderzoeksgroep Bio-organic Chemistry van de afdeling Chemical Engineering en Institute for Complex Molecular Systems (ICMS).