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Synthetische Biosensoren als präzise Waffe gegen Krebs

Forschende der University of California San Francisco (UCSF) haben eine neue Art von individuell anpassbaren Biosensoren geschaffen, die in Immunzellen ein sogenanntes „logisches Gatter“ bilden. Dadurch lassen sich Immunzellen so umprogrammieren, dass sie Krebszellen angreifen, das gesunde Gewebe aber verschonen.

Gesunde menschliche T Zelle

Wie die Forschenden in zwei Fachartikeln der Zeitschrift „Cell“ berichten, ermöglichen diese neuen Biosensoren zusätzliche Präzision und Sicherheit in der als „Designer-T-Zellen“ bekannten Krebs-Immunotherapie. Zudem könnten die vielseitigen Biosensoren - SynNotch Rezeptoren genannt - auch in andere Zellarten wie Nerven- oder Muskelzellen eingesetzt werden und so in der regenerativen Medizin, bei der Behandlung von Autoimmunkrankheiten oder auch in der Grundlagenforschung Anwendung finden.

„SynNotch Rezeptoren sind eine der flexibelsten Methoden, um das Verhalten und die Funktion beinahe jeglicher Art von Zellen neu zu programmieren“, sagt Wendell A. Lim, Professor für Zell- und Molekularpharmakologie der UCSF und Forschungsleiter der beiden publizierten Arbeiten. „Eine der vielversprechendsten Anwendungen ist die Herstellung von therapeutischen Zellen – wir können diesen Zellen nun sehr präzise Anweisungen geben wie sie Krankheiten erkennen und darauf reagieren sollen.“

Immuntherapie mit „Designer-T-Zellen“ gilt als eine der vielversprechendsten Behandlungen für akute lymphatische Leukämie (ALL). Dabei werden T-Zellen des Immunsystems mit einem neuen Rezeptor ausgestattet, welcher spezifische Krebsmoleküle erkennt. Dieser Ansatz ist sehr erfolgreich gegen ALL, nicht aber im Kampf gegen andere Krebsarten wie beispielsweise Brust-, Prostata- oder Hirntumoren. Der Grund dafür ist, dass diese Krebsarten keine spezifischen Moleküle aufweisen, welche nicht auch in gesunden Zellen vorkommen. „Designer-T-Zellen“ können deshalb die Tumoren zwar angreifen, schädigen dabei aber immer auch gesundes Gewebe, was zu schweren, manchmal sogar tödlichen Nebenwirkungen führt.

„Um dieses Problem zu umgehen, müssen „Designer-T-Zellen“ feinere Unterschiede zwischen gesunden und erkrankten Zellen erkennen können“, sagt Prof. Lim. Mit Hilfe von SynNotch ist es möglich, Zellen ein logisches „UND-Gatter“ einzufügen, welches T-Zellen eine ähnliche Präzision ermöglicht wie Boolesche Operatoren bei der Internetsuche. So können T-Zellen dank SynNotch beispielsweise Aufgaben im Stile von „finde Zellen mit Tumormarker A, aber zerstöre sie nur, wenn auch Tumormarker B vorhanden ist“ lösen.

Das UCSF Forschungsteam die Machbarkeit ihres Ansatzes in Mäusen demonstriert. Die mit SynNotch ausgestatteten T-Zellen erwiesen sich dabei als präzise und effizient: Tumoren, welche beide Marker (also A und B) aufwiesen, wurden vollständig und langfristig zerstört und alle Mäuse überlebten während der 30-tägigen Dauer des Experiments.

Laut Prof. Lim ist es ebenfalls möglich, verschiedene SynNotch-Rezeptoren zu kombinieren, doch er glaubt, dass ein bis drei Rezeptoren ausreichen sollten, um die Präzision der „Designer-T-Zellen“ ausreichend zu erhöhen. Mit Hilfe der Genomsequenzierung sollte es so künftig möglich sein, eine individuelle Kombination von Proteinen zu finden, welche nur im Tumor eines Patienten vorkommt, nicht aber in seinen gesunden Zellen. Basierend auf dieser Information könnten dann „Designer-T-Zellen“ geschaffen werden, die ganz spezifisch die Tumorzellen des Patienten angreifen.

Quelle: Übersetzt, gekürzt und angepasst aus der Medienmitteilung der UCSF.

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