Imunoterapias aprimoradas contra o câncer por meio de células T marcadas com citocinas

Nos últimos anos, houve uma onda de terapias celulares adotivas (ACTs), um tipo de imunoterapia em que as células T (terapia de transferência de células T) e outras células imunes são obtidas de pacientes, ativadas e multiplicadas fora do corpo e infundidas em números maiores de volta à circulação sanguínea para ajudar a combater o câncer.

Na versão bem-sucedida do ACT conhecida como terapia com células CAR-T, os oncologistas imunológicos, além disso, manipulam geneticamente um receptor de antígeno quimérico (CAR) em células T que com uma de suas partes se liga a um tipo específico de célula tumoral e com outra ajuda a liberar a atividade destruidora de células tumorais da célula T.

As terapias com células CAR-T avançaram na prática clínica para tratar tumores do sistema imunológico, como leucemias e linfomas e, mais recentemente, mieloma múltiplo, que afeta glóbulos brancos na medula óssea. No entanto, as terapias de transferência de células T ainda não foram aplicadas com sucesso para tumores sólidos porque as células T não penetram facilmente em massas tumorais sólidas e persistem por tempo suficiente nelas, e porque sua atividade é silenciada por um microambiente tumoral imunossupressor.

Uma maneira de superar essas limitações poderia ser emparelhar terapias de transferência de células T com terapia de citocinas. As citocinas são pequenas proteínas que são secretadas por certas células imunes e podem aumentar as atividades destruidoras de tumores de outras células imunes, incluindo células T transferidas. Uma séria desvantagem dessa abordagem, no entanto, são os efeitos colaterais significativos resultantes da livre circulação de citocinas no corpo, levando à toxicidade e a síndromes inflamatórias potencialmente letais. Além disso, apesar dos riscos que as citocinas representam quando administradas sistemicamente, muitas vezes são eliminadas muito rapidamente para produzir os efeitos terapêuticos do câncer desejados.

Agora, uma colaboração de pesquisa no Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Harvard University, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e Dana-Farber Cancer Institute (DFCI) desenvolveu uma solução baseada em nanotecnologia para esses problemas. O método utiliza um açúcar não natural que é absorvido e integrado no revestimento externo das células T, que pode então ser usado para ancorar citocinas.

As citocinas concentradas aumentam localmente as funções das células T sem produzir efeitos colaterais sistêmicos indesejados. Em camundongos com melanoma, um tipo de tumor sólido agressivo, a abordagem também estimulou o sistema imunológico do hospedeiro contra células tumorais, que inibiu o crescimento do tumor. Como um complemento à terapia com células CAR-T, permitiu a regressão completa dos tumores de linfoma em doses de células não curativas. Os resultados são publicados no Anais da Academia Nacional de Ciências.

“Os resultados que vemos sugerem um grande passo em direção ao desenvolvimento de ACTs com eficácia contra tumores sólidos e ACTs que funcionam de forma mais consistente contra uma variedade de cânceres de sangue”, disse o autor sênior David Mooney, Ph.D., membro fundador do corpo docente do Wyss Institute e Robert P. Pinkas Family Professor de Bioengenharia na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. “Nossa abordagem pode ser facilmente dimensionada e integrada aos processos atualmente usados ​​para fabricar células T terapêuticas, incluindo células CAR-T e, portanto, pode ter um caminho relativamente curto para a aplicação clínica”.

Mooney combinou sua experiência em bioengenharia com a do imunologista do câncer Kai Wucherpfennig, MD, Ph.D. Wucherpfennig é Diretor do Centro de Pesquisa de Imunoterapia do Câncer do DFCI, Professor de Neurobiologia na Brigham and Harvard Medical School e Membro Associado do Broad Institute do MIT e Harvard.

Açúcar mais citocina é igual a terapia de células T aprimorada

Ser capaz de rastrear células dendríticas reativas ao câncer, que orquestram uma resposta imune mais ampla em gânglios linfáticoso grupo de Mooney já havia desenvolvido um método baseado em biomateriais que lhes permitia atrair as células para um andaime 3-D em animais vivos, onde eles pegaram uma molécula de açúcar reativa sintética e a usaram como uma unidade de construção para as complexas cadeias de açúcar em a superfície celular.

“Em nosso novo estudo, aproveitamos de maneira semelhante o metabolismo natural do açúcar das células, mas entregamos o açúcar azido reativo às células T por meio de nanopartículas em uma placa de cultura. O metabolismo do açúcar das células utiliza o açúcar e o integra metabolicamente nas cadeias complexas de açúcar no superfície celular”, disse o primeiro autor Yutong Liu, que é um estudante de pós-graduação que trabalha com Mooney.

“Em uma segunda etapa, usando química de clique, exploramos o grupo azido das moléculas de açúcar para ligar moléculas de citocinas específicas que são modificadas com um grupo químico altamente compatível. [DBCO] para eles. Apenas ter que adicionar nanopartículas contendo açúcar e, posteriormente, as citocinas ao meio de cultura torna o método extremamente simples e totalmente compatível com o pipeline de fabricação de células adotivas.”

Depois de otimizar o processo de conjugação com uma coleção de citocinas em células T cultivadas e garantir que a viabilidade e as funções gerais das células não fossem afetadas, a equipe testou sua abordagem em camundongos afetados por tumores sólidos de melanoma. Eles descobriram que as células T específicas do melanoma carregando a citocina antitumoral interleucina-12 (IL-12) em doses celulares não curativas atrasaram significativamente o crescimento dos tumores e prolongaram a expectativa de vida dos animais em 50%. Em comparação, o mesmo número de células T específicas de melanoma transferidas adotivamente junto com uma injeção sistêmica de IL-12 produziu efeitos muito mais fracos.

As células T transferidas adotivamente também tiveram uma capacidade aprimorada de sobreviver e se diferenciar em células destruidoras de tumores nos animais e envolveram outros tipos de células T e células imunes com papéis em uma resposta imune mais ampla contra tumores. “Observamos aumentos muito maiores nas células T auxiliares e T citotóxicas, tanto em tumores dissecados quanto em baços de animais que receberam células T marcadas metabolicamente específicas para melanoma conjugadas com IL-12 do que em nossas condições de controle, e sinais claros de que essas células tinham aumentado a capacidade tumoral. atividades específicas”, disse Liu.

Os pesquisadores acham que parte da explicação pode ser que as células dendríticas (DCs), que são os principais orquestradores da resposta imune direcionada ao tumor mais ampla, foram mais fortemente estimuladas por células T específicas de melanoma com IL-12 conjugada do que células T sem IL. -12.

“Achamos que nossa abordagem poderia melhorar um ciclo imunológico específico do tumor. Primeiro, as células T conjugadas com IL-12 transferidas adotivamente se diferenciam e matam um subconjunto de células tumorais, resultando na liberação de diferentes antígenos específicos do tumor que são absorvidos e processadas por DCs, que as apresentam a outras células T específicas do tumor em gânglios linfáticos próximos que também invadem os tumores e contribuem diretamente para a morte de células tumorais e a disseminação de ainda mais antígenos “, hipotetizou Liu.

O efeito de disseminação do antígeno observado pela equipe pode ser muito relevante para o tratamento de tumores sólidos, que geralmente têm uma composição celular altamente heterogênea e, portanto, são mais difíceis de atacar visando apenas um antígeno.

Na última parte de seu estudo, os pesquisadores adotaram sua abordagem de células T para a terapia de células CAR-T em um modelo de linfoma de xenoenxerto de camundongo. Células CAR-T marcadas metabolicamente com IL-12 conjugada foram capazes de controlar o desenvolvimento de tumores e prolongar a sobrevida de camundongos que antes haviam sido injetados com células de linfoma e em doses nas quais as células CAR-T sem IL-12 não eram capazes para curar os animais.

“A natureza direta e elegante da nova abordagem à imunoterapia contra o câncer oferece um enorme potencial para pacientes com câncer. Estamos entusiasmados em apoiar esse esforço por meio do programa de projeto de validação de alta prioridade do Wyss Institute, que esperamos acelerar seu avanço para a clínica”, disse o diretor fundador da Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D. que também é o professor de Biologia Vascular Judah Folkman na Harvard Medical School e no Hospital Infantil de Boston, e o professor Hansjörg Wyss de engenharia bioinspirada no SEAS.