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Dieses Lab-in-a-Box könnte die Gentherapie weniger elitär machen
Jennifer Adair führte vor einigen Jahren ihr erstes Gentherapie-Experiment durch. Bei einer Krebsbehandlung ging es darum, einem Patienten Blut zu entnehmen und diesen Zellen dann einen neuen DNA-Strang – ein Gen – hinzuzufügen, der sie vor einer starken Chemotherapie schützen würde. Die veränderten Zellen wurden dann in ihre Venen reinfundiert.
Die Studie, an der 11 Patienten teilnahmen, erwies sich als ziemlich erfolgreich. Aber Adair, der ein Gentherapielabor am Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle betreibt, sagt, dass drei schlaflose Wissenschaftler etwa 96 Stunden gebraucht haben, um nur die Zellen einer einzelnen Person in einem mehrere Millionen Dollar teuren Reinraum zu verarbeiten. Ich sagte: „Wow, wir müssen das wirklich vereinfachen“, erinnert sich Adair.
Die Gentherapie bewegt sich schnell vom Experiment zur medizinischen Realität. Aber da potenzielle Behandlungen für Krebs und seltene Krankheiten jetzt vielversprechend sind, befürchten Wissenschaftler, dass die Technologie so komplex ist, dass Patienten aufgrund eines Mangels an ausgebildeten Technikern und geeigneten Einrichtungen nicht so schnell davon profitieren, wie sie sollten. Für die erfolgreichsten Gentherapien, die eine Veränderung von Blutzellen außerhalb des Körpers erfordern, werden die Verfahren nur von etwa einem Dutzend Forschungszentren angeboten, alle in Großstädten wie New York, Seattle, Mailand und Paris.
Engpässe und ethische Dilemmata treten bereits auf, da einige Patienten, die es sich leisten können, Flugtickets kaufen und um die ganze Welt reisen, um Heilmittel zu suchen, während die überwiegende Mehrheit der Menschen keine Möglichkeit hat, auf diese Behandlungen zuzugreifen.
Erst letzte Woche beschrieben französische Wissenschaftler, die mit dem US-amerikanischen Biotech-Unternehmen BlueBird Bio zusammenarbeiten, wie sie es tun würden ersetzte das Gen, das bei einem Jungen die Sichelzellanämie verursacht in einem Pariser Krankenhaus. Es war ein weiterer technischer Erfolg. Aber niemand fragte, wie es diejenigen erreichen würde, die es brauchten. Die meisten Fälle von Sichelzellenanämie – etwa 57 Prozent der 300.000 Neuerkrankungen pro Jahr – treten in Nigeria, der Demokratischen Republik Kongo oder Indien auf.
Im Oktober demonstrierte Adair eine neue Technologie, von der sie glaubt, dass sie den Zugang zur Gentherapie demokratisieren könnte. Sie optimierte ein Zellverarbeitungsgerät, das vom deutschen Instrumentenhersteller Miltenyi verkauft wird, und automatisierte größtenteils den Prozess der Präparation von Blutzellen mit einer Gentherapie für HIV, die ihr Zentrum ebenfalls testet. Zellen, die an einem Ende tropften, kamen am anderen 30 Stunden später heraus, ohne dass eine Aufsicht erforderlich war. Sie hat sogar Räder hinzugefügt. Adair nennt das mobile Labor Gentherapie in einer Kiste.
Adair sieht eine Schlüsselaufgabe des mobilen Gentherapielabors darin, experimentelle Studien auf die Entwicklungsländer auszudehnen, einschließlich Afrika, wo die meisten HIV-Fälle vorkommen. Wir wollten zeigen, dass wir die Studie mobil machen können, weil wir uns einbilden, dass die Behandlung von jemandem in Seattle die gleichen Risiken und Ergebnisse haben wird wie in Südafrika, sagt sie.
Krebsbehandlung
Das Interesse an tragbaren Gentherapiegeräten zu wecken, ist eine neue Form der Krebstherapie, bekannt als CAR-T, die die DNA von Wächtern des Immunsystems, den sogenannten T-Zellen, neu programmiert, damit sie Tumore angreifen. Eine wachsende Gruppe von Biotech-Unternehmen hat Milliarden von Dollar gesammelt, um diese Behandlungen zu testen, bei denen auch einer Person Blut abgenommen und die Genaddition in einer spezialisierten Einrichtung durchgeführt werden muss.
Eine der ersten CAR-T-Behandlungen, die auf den Markt kommen, wird wahrscheinlich von Novartis kommen. Der Schweizer Arzneimittelriese hat letztes Jahr einen weltweiten Test an Kindern mit Leukämie durchgeführt, bei dem 82 Prozent der Kinder sahen, wie ihre Tumore verdunsten und viele krebsfrei blieben.
Novartis wird noch in diesem Jahr die Genehmigung zum Verkauf der Behandlung beantragen, aber das Unternehmen ist mit der Art und Weise, wie die Therapie hergestellt wird, nicht sehr zufrieden. Für seine Studie sagt Novartis, dass es mit Hilfe von Cryoport, einem Unternehmen, das auf den Versand von gefrorenen Zellen spezialisiert ist, Patientenzellen per Luftfracht hin und her zu einer einzigen Zellverarbeitungsfabrik in Morris Plains, New Jersey, verschickt hat, die es besitzt. Es ist logistisch komplex, arbeitsintensiv, teuer und möglicherweise unvorhersehbar, da keine zwei Menschenzellen gleich sind. Darüber hinaus ist Novartis nicht sicher, wie viele Patienten tatsächlich behandelt werden können.
Angesichts der umständlichen Lieferkette, die wir haben, ist die Anzahl der Patienten, die wir behandeln können, begrenzt, sagt Philip Gotwals, Leiter der explorativen Immunonkologie bei Novartis. Wenn wir nichts tun, um den Prozess zu automatisieren, müssten Sie diese großen Fabriken [mehr bauen], und ich weiß nicht, ob die Industrie das tun würde.
Weniger Elite
Miltenyi, der deutsche Gerätehersteller, sagt, dass sein Instrument namens Prodigy die CAR-T-Produktion bereits weitgehend automatisieren kann und nun von einigen Unternehmen getestet wird. Das Instrument, das etwa 150 Pfund wiegt, sieht ein wenig wie eine Maschine aus Willy Wonkas Fabrik aus, mit hellen pastellfarbenen Flügeln, sauber platzierten Zifferblättern und Drehungen und Wendungen von Einwegschläuchen, die seine Oberfläche bedecken. Anstelle von heißer Schokolade bewegen sich die Zellen eines Patienten durch die Röhrchen und vermischen sich mit Chemikalien, die sie stimulieren, und schließlich mit einer Menge DNA-tragender Viren, die verwendet werden, um ihren genetischen Code zu verändern.
Das Instrument kostet etwa 150.000 US-Dollar, und ein Kit mit Zubehör zur Verarbeitung der Zellen eines Patienten kostet weitere 12.000 US-Dollar. Katharina Winnemöller, eine in Deutschland ansässige Marketingmanagerin, sagt, dass Ärzte in London die Box in den kommenden Monaten zur Behandlung von Krebspatienten mit CAR-T-Zellen einsetzen werden. Wir wollen die Zelltherapie weniger elitär machen, als sie es jetzt ist. Ich glaube nicht, dass jedes ländliche Krankenhaus dazu in der Lage sein wird, aber es muss nicht nur für Menschen gelten, die 500.000 Dollar bezahlen können, sagt Winnemöller und nennt einen möglichen Preis für diese Art der Krebsbehandlung. Ich denke, der Preis muss sinken.
Gotwals von Novartis sagt, Miltenyis Gadget sei nur eines von mehreren Geräten, die sich in der Entwicklung befinden. Nach der Prognose, dass CAR-T-Krebsbehandlungen bis 2021 einen Umsatz von 10 Milliarden US-Dollar generieren könnten, erwarb General Electric im vergangenen Sommer ein Unternehmen namens Biosafe, das sich auf die Handhabung von Zellen spezialisiert hat. Die Forschungsorganisation Draper arbeitet an mikrofluidischen Geräten zur Vorbereitung von CAR-T-Behandlungen, und ein kalifornisches Startup, Berkeley Lights, hat neue Möglichkeiten, Blutzellen zu sortieren, um genau die richtigen zu finden.
Gotwals erwartet, dass die Gentherapie in einer Box zunächst für Unternehmen nützlich sein wird, die die Produktion erweitern möchten, oder für akademische Zentren, die damit beginnen möchten, sie anzubieten. Schließlich kann es sein, dass Ärzte in Lagos, Mumbai oder Seattle einfach online gehen und das richtige Gentherapie-Kit bestellen, wenn eine Person mit Krebs diagnostiziert oder mit der Sichelzellkrankheit geboren wird. Der Anspruch ist, ein Gerät neben dem Bett zu haben. Sie würden den Patienten einfach anschließen und ihm alles geben, was Sinn macht, sagt Gotwals.