طراحی مبتکرانه – به صورت سه بعدی، به جای طراحی دو بعدی قبلی در پایین ظرف پتری – چیزی است که این فرآیند را واقعاً متمایز می کند. این بدان معنی است که محققان می توانند مقادیر قابل توجهی بیشتری از سلول های ایمنی طراح را تولید کنند و مقیاس را می توان در صورت لزوم گسترش داد. همانطور که پروفسور Lachmann بیان می کند: “ما سه سال را صرف تحقیق در مورد محیط، زاویه و سرعت ایده آل برای تولید استاندارد سلول های ایمنی از iPSC ها کردیم و به طور مکرر پارامترهای زیادی را در طول مسیر تنظیم کرده ایم. این روش بهینه شده دارایی بزرگی برای بررسی و ارزیابی دارو است. نامزدها، زیرا ما می‌توانیم کارایی و ایمنی آنها را مستقیماً در ساختارهای هدف انسانی بدون نیاز به استفاده از آزمایش‌های حیوانی آزمایش کنیم، آزمایش‌هایی که عملاً دور از دسترس هستند.”
برای جلوگیری از آزمایش بر روی حیوانات و ایجاد روش‌های دقیق‌تر برای آزمایش روش‌های درمانی، صنعت داروسازی به طور فزاینده‌ای به سلول‌های ایمنی انسان روی می‌آورد. با این حال، در دسترس بودن سلول هایی مانند این تا به امروز محدود بوده است. اکنون، محققان Fraunhofer موفق شده‌اند تولید سلول‌های ایمنی سفارشی‌شده را از آزمایشگاه به سطح صنعتی افزایش دهند.
در ابتدا، تیم او در ماکروفاژها، که سلول های پاک کننده ای هستند که با باکتری ها مبارزه می کنند و عنصر مهمی در پاسخ ایمنی انسان هستند، تخصص داشتند. در گام بعدی، پروفسور لاچمن و تیمش آزمایش‌های قدرت مبتنی بر سلول را ایجاد می‌کنند (به عنوان مثال برای داروهای سرطان). این سیستم‌های آزمایشی می‌توانند قدرت داروهای بیولوژیکی و مهندسی شده را اندازه‌گیری کنند و نقش اساسی در کنترل کیفیت و آزمایش آزادسازی مواد و داروها ایفا کنند. بر اساس فناوری کلیدی خود برای تولید مداوم ماکروفاژها، محققان همچنین قصد دارند فرآیندهای تولیدی جدیدی را برای محصولات مختلف سلول ایمنی کاملاً استاندارد شده و ایمونوتراپی های مبتنی بر سلول توسعه دهند و از این طریق کاربردهای بیشتری را برای خود ایجاد کنند.
یک مجموعه کامل از برنامه های کاربردی
پتانسیل سلول‌های ایمنی طراحان بسیار زیاد است- برای مثال، می‌توان آنها را اصلاح ژنتیکی کرد تا هنگام شناسایی ناخالصی‌ها در داروها روشن شوند، چیزی که شناسایی آن تا کنون بسیار پر زحمت بوده است. بافت پوست مصنوعی، که در حال حاضر برای آزمایش لوازم آرایشی استفاده می‌شود، می‌تواند با سلول‌های ایمنی غنی شود تا واکنش‌های ارگانیسم انسانی را بهتر بازتولید کند. سناریوی احتمالی دیگر استفاده از چنین سلول هایی برای آزمایش کیفیت هوا است. هنگامی که افراد نفس می کشند، ماکروفاژها و سایر سلول های ایمنی اولین کسانی هستند که به آلاینده های موجود در هوا واکنش نشان می دهند. علاوه بر این، سلول‌ها ممکن است اثر درمانی داشته باشند: در آینده، سلول‌های ایمنی سازگار شده و به‌طور مصنوعی تولید شده حتی ممکن است برای درمان بیماری‌هایی مانند سرطان در بیماران مورد استفاده قرار گیرند.
با در نظر گرفتن همه این موارد، تعجب آور نیست که شرکت های داروسازی و سازمان های تحقیقاتی قبلاً علاقه زیادی به این فرآیند نشان داده اند و مشتاق سلول های ایمنی طراح هستند. همانطور که Nico Lachmann خوشحال است که تأیید می کند: “این تقاضا نشانه واضحی است که فناوری ما پتانسیل زیادی برای بهره برداری عملی دارد – چیزی که در حال حاضر در حال ارزیابی آن هستیم.”
پروفسور Nico Lachmann و تیمش در موسسه Fraunhofer for Toxicology and Experimental Medicine ITEM و دانشکده پزشکی هانوفر (MHH) وارد شوید، که اکنون از توانایی این iPSCها برای تقسیم و تمایز نامحدود استفاده می کنند. محققان روشی بی‌سابقه برای تولید مداوم سلول‌های ایمنی خاص و بالغ از این iPSCها در سیستم‌های مقیاس‌پذیر – از کاربردهای کوچک تا صنعتی – توسعه داده‌اند. این کار در دستگاهی شبیه به یک کره برفی بزرگ انجام می‌شود، جایی که سلول‌های بنیادی در یک محلول غوطه‌ور می‌شوند و دائماً در حرکت هستند. آنها با استفاده از فرآیندهای زیستی جدید، به طور مداوم سلول های ایمنی هدف را تکثیر می کنند. علاوه بر این، iPSCها تا حدود سه ماه دیگر نیازی به تعویض ندارند تا کیفیت ثابتی داشته باشند.
سلول های ایمنی در مقیاس بزرگ
سلول‌های ایمنی انسان و آماده‌سازی سلول‌های ایمنی نقش برجسته‌ای را در پزشکی مدرن به دست می‌آورند – برای مثال در درمان‌های جدید سرطان و در توسعه و آزمایش داروهای جدید. برای به دست آوردن این سلول‌ها برای اهداف تحقیقاتی بهداشتی، صنعت مدت‌هاست به اهداکنندگان انسانی یا از رده‌های سلولی انواع مختلف سرطان استفاده کرده است. با توجه به اینکه هر انسان و هر سلول سرطانی منحصر به فرد است، استانداردسازی فرآیندهای مربوط به آن ممکن نبود. این یک مشکل بزرگ بود تا اینکه دو محقق سلول‌های بنیادی از ژاپن و بریتانیا در سال 2006، زمانی که موفق شدند سلول‌های پوست بالغ را به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs) تبدیل کنند، یک تغییر دهنده بازی بزرگ را کشف کردند، که سپس می‌توانند دوباره به انواع سلول‌های مختلف تبدیل شوند. در قدردانی از این موضوع، شینیا یاماناکا و جان بی. گوردون جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی 2012 را دریافت کردند که سریعترین جایزه ای است که تاکنون در تاریخ پزشکی اعطا شده است.