Het gebruik van lentivirale partikels in CAR-T-Celtherapie

Miljarden virusdeeltjes om kanker te bestrijden, waarom een filter het verschil kan maken

Een virus gebruiken om kanker te behandelen? Het klinkt tegenstrijdig. Toch vormen aangepaste virusdeeltjes vandaag een essentieel onderdeel van één van de meest geavanceerde kankerbehandelingen. In mijn bachelorproef onderzocht ik hoe deze virusdeeltjes zo efficiënt mogelijk geproduceerd en verwerkt kunnen worden voor de ontwikkeling van een nieuwe vorm van CAR-T-celtherapie. Daarbij bleek dat niet alleen de productie van belang is. Zelfs een eenvoudige stap zoals filtratie kan het verschil maken tussen een succesvolle opbrengst en een aanzienlijk verlies van bruikbaar materiaal.

CAR-T-celtherapie behoort tot de meest innovatieve vormen van immuuntherapie. Bij deze behandeling worden T-cellen uit het lichaam van een patiënt gehaald en genetisch aangepast zodat ze kankercellen beter kunnen herkennen en vernietigen. Na deze aanpassing worden de cellen opnieuw toegediend aan de patiënt, waar ze als een gepersonaliseerd geneesmiddel fungeren.

Hoewel deze therapie veelbelovende resultaten oplevert, blijft ze complex en duur. Daarom is het belangrijk om elk onderdeel van het productieproces zo efficiënt mogelijk te maken. Elke verbetering kan bijdragen aan een hogere opbrengst, lagere productiekosten en uiteindelijk een bredere beschikbaarheid voor patiënten.

CD70 als doelwit

In mijn onderzoek stond CD70 centraal. Dit eiwit komt voor op verschillende soorten kankercellen, waaronder bepaalde vormen van leukemie en nierkanker. Omdat het op meerdere tumortypes aanwezig is, vormt CD70 een interessant doelwit voor nieuwe CAR-T-celtherapieën.

Om T-cellen CD70 te laten herkennen, moet nieuwe genetische informatie in de cellen worden ingebracht. Daarvoor wordt gebruik gemaakt van lentivirale partikels. Deze virusdeeltjes functioneren als een soort “genetische postbode” die de gewenste informatie aflevert in de T-cel.

Dat roept soms vragen op, omdat lentivirale partikels oorspronkelijk afgeleid zijn van HIV. Toch zijn deze vectoren helemaal anders dan het oorspronkelijke virus. De genen die verantwoordelijk zijn voor ziekte werden verwijderd, waardoor de partikels zich niet meer kunnen reproduceren. Wat overblijft, is een veilig transportsysteem om genetische informatie naar cellen te brengen.

HEK293-cellen als biologische fabriek

Voor mijn bachelorproef werd eerst een volledig productieproces voor lentivirale partikels opgezet.

Het proces startte met vier verschillende DNA-bouwplannen die samen alle instructies bevatten om lentivirale partikels te produceren. Deze werden ingebracht in HEK293SF-3F6-cellen, die dienst deden als een biologische fabriek voor de productie van de virusdeeltjes. Door de cellen genetisch te programmeren begonnen ze grote hoeveelheden lentivirale partikels aan te maken. 

Vervolgens moest worden nagegaan hoeveel virusdeeltjes daadwerkelijk geproduceerd waren.

Miljarden deeltjes, maar hoeveel blijven over?

Voor je resultaten kunt interpreteren, moet je eerst zeker zijn dat je meetmethode betrouwbaar is. Daarom optimaliseerde ik eerst een ELISA waarmee het aantal geproduceerde virusdeeltjes nauwkeurig kon worden bepaald.

De uiteindelijke metingen toonden aan dat de producties succesvol verliepen. Afhankelijk van de gebruikte productieconditie werden tussen 1,47 en 2,62 miljard lentivirale partikels geproduceerd. De hoogste opbrengst werd bereikt bij de grootste productie-opstelling van 500 milliliter. Dit suggereert dat grotere productievolumes gunstige omstandigheden creëren voor de aanmaak van lentivirale partikels.

Dat lijken indrukwekkende aantallen, maar voor therapeutische toepassingen is niet alleen belangrijk hoeveel partikels worden gemaakt. Minstens even belangrijk is hoeveel van die partikels uiteindelijk overblijven na verdere verwerking.

Vrij DNA verwijderen zonder het virus te beschadigen

Na productie bevat een virusstaal niet alleen lentivirale partikels, maar ook ongewenste resten zoals vrij plasmide-DNA. Dat DNA moet verwijderd worden om een zo zuiver mogelijk eindproduct te verkrijgen.

Hiervoor onderzocht ik verschillende behandelingen met Benzonase, een enzym dat ongewenst genetisch materiaal afbreekt. Daarbij werden verschillende temperaturen en incubatietijden met elkaar vergeleken.

De resultaten waren opvallend. Alle onderzochte omstandigheden slaagden erin het vrije DNA af te breken. Daardoor bleek een behandeling gedurende twee uur bij 4 °C voldoende om residueel DNA te verwijderen. Dat is interessant, omdat Benzonase volgens de literatuur normaal het meest actief is rond 37 °C. Mijn resultaten tonen dus aan dat effectieve DNA-verwijdering ook bij een veel lagere temperatuur mogelijk is.

Het onverwachte verschil tussen filtermembranen

Met een geoptimaliseerde Benzonasebehandeling en geproduceerde lentivirale partikels kon de centrale onderzoeksvraag worden onderzocht.

Steriele filtratie is noodzakelijk om bacteriën en andere verontreinigingen uit het product te verwijderen. De uitdaging bestaat erin de virusdeeltjes door de filter te laten passeren zonder grote verliezen te veroorzaken.

Ik vergeleek drie verschillende filtermembranen: PES, MPES en celluloseacetaat. De verschillen bleken aanzienlijk. De PES-filter behaalde de hoogste opbrengst met ongeveer 54 procent recovery, gevolgd door de MPES-filter. De celluloseacetaatfilter liet nauwelijks nog lentivirale partikels door. Maar het meest opvallende resultaat kwam daarna.

Volgens de wetenschappelijke literatuur zou een Benzonasebehandeling vóór filtratie de opbrengst moeten verhogen. Doordat vrij DNA wordt afgebroken, zouden filters minder snel verstoppen en meer virusdeeltjes moeten doorlaten. Mijn resultaten vertelden echter een ander verhaal.

Bij alle onderzochte filters leidde een voorafgaande Benzonasebehandeling juist tot een lagere opbrengst aan lentivirale partikels. Het effect dat volgens eerdere studies een verbetering zou moeten opleveren, bleek in mijn experimenten consequent gepaard te gaan met extra verlies.

Precies zulke resultaten tonen hoe wetenschap werkt. Onderzoek bestaat niet alleen uit het bevestigen van bestaande kennis. Soms blijken resultaten af te wijken van wat verwacht werd op basis van eerdere studies. Dat betekent niet dat een experiment mislukt is, maar dat nieuwe vragen ontstaan.

Waarom veroorzaakt Benzonase in deze omstandigheden een lagere opbrengst? Is er een interactie met het filtermateriaal? Verandert de behandeling de eigenschappen van het virusstaal? Deze vragen vormen mogelijke vertrekpunten voor verder onderzoek. 

Niet alleen produceren, maar ook verlies minimaliseren

Mijn bachelorproef toont aan dat het ontwikkelen van CAR-T-celtherapie veel verder gaat dan het produceren van virusdeeltjes alleen. Het volledige proces, van virusproductie en DNA-verwijdering tot filtratie, bepaalt hoeveel bruikbaar materiaal uiteindelijk beschikbaar blijft.

Voor patiënten lijkt een filter misschien een onbelangrijk detail, maar precies zulke details bepalen mee hoe efficiënt toekomstige CAR-T-celtherapieën geproduceerd kunnen worden. Soms ligt de sleutel tot een toekomstige kankertherapie niet in een revolutionaire ontdekking, maar in het optimaliseren van een stap die op het eerste gezicht bijzonder eenvoudig lijkt: namelijk de keuze van een filter.