Potenziamento delle terapie cellulari CAR-T da sotto la pelle

Il biomateriale stimolante le cellule T iniettato che si biodegrada lentamente sotto la pelle stimola le cellule CAR-T nel corpo per migliorare l’efficacia terapeutica in un modello murino di tumore aggressivo.

 

 

Le terapie con cellule CAR-T stanno trasformando il trattamento di tumori del sangue precedentemente incurabili.

Sei prodotti CAR-T approvati sono stati somministrati a più di 20.000 persone e sono in corso più di 500 studi clinici.

Tuttavia, secondo un recente studio del Massachusetts General Hospital, tra i 100 pazienti affetti da linfomi, mielomi o leucemie linfoblastiche acute a cellule B che sono stati trattati con terapie cellulari CAR-T, il 24% ha avuto solo risposte parziali e il 20% non ha risposto affatto, e queste sono le percentuali di successo tipiche per i pazienti trattati con terapie CAR-T.

Le cellule CAR-T sono create dalle cellule T immunitarie di un paziente introducendo i cosiddetti “recettori chimerici dell’antigene” (CAR) nei loro repertori molecolari che consentono loro di cercare e uccidere specifiche cellule tumorali.

A seguito della loro laboriosa e costosa ingegnerizzazione e amplificazione al di fuori del corpo, vengono risomministrati allo stesso paziente.

I ricercatori oncologici sospettano che i risultati deludenti del trattamento possano essere il risultato di diverse circostanze, tra cui la scarsa qualità dei prodotti a base di cellule CAR-T che vengono somministrati ai pazienti, o le cellule CAR-T che non persistono sufficientemente a lungo nei pazienti o si esauriscono nelle loro capacità di combattere il tumore.

Sono urgentemente necessarie nuove strategie terapeutiche che possano aiutare a superare queste carenze e aumentare ulteriormente la qualità e l’efficacia delle cellule CAR-T durante la loro produzione o anche nel corpo dei pazienti.

Ora, un team di ricerca del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Università di Harvard e della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ha sviluppato un semplice intervento sotto forma di un materiale di impalcatura biodegradabile che può essere iniettato localmente sotto la pelle e utilizzato per restimolare le cellule CAR-T dopo la loro somministrazione per aumentarne l’efficacia terapeutica.

Nei topi che hanno sviluppato un tumore aggressivo del sangue e sono stati trattati con una dose non curativa di cellule CAR-T, le “impalcature che migliorano le cellule T” (TES) del team hanno frenato significativamente la crescita del tumore e prolungato la sopravvivenza degli animali.

La migliore efficacia terapeutica delle cellule CAR-T era dovuta alla capacità di TES di aumentare il numero di cellule CAR-T nella circolazione sanguigna, nonché di indirizzare la loro differenziazione in sottotipi di cellule T che uccidono il tumore. I risultati sono pubblicati su Nature Biomedical Engineering.

“Sebbene la nostra strategia debba essere tradotta in base alle esigenze e alle impostazioni umane, offre potenzialmente una strada sicura e semplice su cui migliorare ulteriormente le terapie cellulari CAR-T in pazienti con scarse risposte”, ha affermato David Mooney,membro fondatore della Wyss Core Faculty, che ha guidato lo studio.

“Potrebbe anche avere un potenziale futuro per semplificare la produzione estremamente ardua e costosa di cellule CAR-T trasferendo parte del processo nei corpi dei pazienti”. Mooney è anche il Robert P. Pinkas Family Professor di Bioingegneria presso SEAS.

Sono stati sviluppati numerosi approcci stimolanti le cellule CAR-T che, oltre a introdurre i recettori CAR, apportano altre modificazioni genetiche alle cellule T dei pazienti per mantenere meglio la loro efficacia terapeutica (cellulo-intrinseca) o che, ispirati ai vaccini, prendono di mira altre parti del sistema immunitario per supportare le cellule CAR-T nel loro attacco alle cellule tumorali (cellulo-estrinseco).

Tuttavia, la maggior parte di essi comporta nuove sfide, tra cui manipolazioni cellulari ancora più complesse durante la produzione di cellule CAR-T e il controllo del comportamento delle cellule risultanti nel caso di metodi intrinseci alle cellule, o effetti collaterali indesiderati nel corpo nel caso di metodi estrinseci alle cellule.

Creazione di uno pseudo-linfonodo sotto la pelle

“In precedenza, il nostro team aveva progettato scaffold biomateriali che consentivano l’espansione delle cellule T per le immunoterapie in un piatto di coltura imitando le cellule presentanti l’antigene (APC), che normalmente riprogrammano le cellule T nei linfonodi presentando loro gli antigeni tumorali. Abbiamo ipotizzato che questo concetto di base potesse anche essere applicato per stimolare potentemente le cellule CAR-T nel corpo: i TES potrebbero essenzialmente funzionare come pseudo-linfonodi”, ha detto il co-primo autore David Zhang, che ha ottenuto il suo dottorato di ricerca lavorando nel gruppo di Mooney.

Gli scaffold di biomateriali TES sono costituiti da minuscole barre di silice mesoporosa biodegradabile (MSR) che si auto-assemblano in strutture di impalcature permeabili alle cellule 3D quando vengono iniettate sotto la pelle e si collegano alla circolazione sanguigna tramite piccoli vasi sanguigni.

I TES sono caricati con una molecola solubile nota come interleuchina-2 (IL-2), che viene rilasciata continuamente e stimola la moltiplicazione delle cellule T che entrano nel TES dalla circolazione sanguigna.

Inoltre, gli MSR sono rivestiti con un doppio strato di lipidi che imita la membrana cellulare esterna di un APC che una cellula T incontrerebbe in un linfonodo.

Questo strato lipidico presenta due molecole di anticorpi, anti-CD3 e anti-CD28, al recettore delle cellule T sulla superficie delle cellule T in modo simile a come gli antigeni tumorali presentati da APC normalmente stimolano i recettori.

Questo induce quindi le cellule CAR-T ad aumentare il loro numero e a differenziarsi in sottotipi di cellule T che uccidono il tumore.

In primo luogo, i ricercatori hanno determinato i rapporti e le quantità ottimali di anticorpi anti-CD3:anti-CD28 in TES che hanno contribuito a reclutare il numero massimo di cellule CAR-T in coltura e a indurle a diventare “cellule T effettrici” con potenziale di uccisione delle cellule tumorali.

Quando iniettati sotto la pelle dei topi, i TES si sono collegati con la vascolarizzazione degli animali e sono rimasti rintracciabili come noduli vascolarizzati per più di tre settimane.

Più del 60% delle cellule che permeavano la loro rete porosa erano neutrofili, un tipo di globuli bianchi che funge da prima linea di difesa del sistema immunitario, mentre una percentuale molto più piccola ma significativa era costituita da cellule T che di solito fanno parte di difese immunitarie ritardate e molto più specifiche per le cellule tumorali (o patogeni).

I ricercatori pensano che “causando alcune infiammazioni minori, gli scaffold TES stimolano la loro vascolarizzazione e aiutano ad attirare alcune classi di cellule immunitarie, che si aggiungerebbero alle cellule immunitarie che viaggiano passivamente attraverso TES”, ha detto il co-primo Joshua Brockman, che era un borsista post-dottorato nel team di Mooney e ora è un assistente professore presso l’Università del Wisconsin-Madison.

“Rimuovendo nuovamente gli scaffold iniettati in diversi momenti, coltivandoli con cellule CAR-T e misurando il livello di attivazione delle cellule, siamo stati in grado di concludere che TES potrebbe stimolare le cellule CAR-T per almeno sette giorni dopo la loro iniezione”.

TESting nei tumori

Per testare il potenziale di TES come booster terapeutici, il team ha utilizzato un modello murino clinicamente rilevante del linfoma di Burkitt umano, un tumore del sangue causato dalle cellule B che diventano cancerose e hanno un impatto su molti organi.

Hanno prima somministrato cellule di linfoma umano ai topi e poi hanno somministrato loro una dose curativa di cellule CAR-T sviluppate contro questo tumore prima di iniettare TES sotto la pelle degli animali.

È importante sottolineare che i TES che contenevano l’intero complemento di IL-2, fattori anti-CD3 e anti-CD28, aumentavano il numero di cellule CAR-T circolanti di oltre cinque volte rispetto ai TES vuoti privi dei tre fattori e più cellule CAR-T avevano acquisito un potenziale di uccisione delle cellule tumorali.

Quando dosi più basse di cellule CAR-T che non erano sufficienti a curare il cancro (dosi subcurative) sono state utilizzate in altri contesti, le cellule CAR-T si sono moltiplicate ancora di più.

“I TES hanno assorbito le cellule CAR-T nella loro struttura porosa, dove hanno potenziato la loro proliferazione, attivazione e differenziazione e, infine, la loro uscita nel flusso sanguigno per svolgere le loro funzioni di uccisione del tumore”, ha riassunto Zhang.

“E, cosa importante, mentre gli animali portatori di linfoma che hanno ricevuto dosi subcurative di cellule CAR-T e TES hanno ceduto rapidamente alla diffusione del cancro, gli animali iniettati con cellule CAR-T più TES completamente funzionali sono sopravvissuti molto più a lungo”.

Brockman ha aggiunto che “questo modello murino di linfoma aggressivo è stato uno strumento ideale per fornire una prova di concetto. Tuttavia, corrisponde a un paziente oncologico nelle fasi avanzate della malattia il cui trattamento richiede un grande potenziale di cellule T citotossiche. Nel tradurre ulteriormente la TES verso i pazienti umani, potrebbero essere necessari approcci ancora più duraturi e più equilibrati che migliorino anche la memoria dei tumori delle cellule CAR-T”.

“Questo studio del gruppo di Dave Mooney dimostra il potere dell’utilizzo dell’ingegneria per imitare le interazioni multicellulari che sono fondamentali per la capacità del nostro sistema immunitario di combattere i tumori. Questa tecnologia potrebbe fare molto per cambiare la vita di molti malati di cancro che ricevono terapie CAR-T e che non ne stanno ancora beneficiando”, ha affermato il direttore fondatore di Wyss Donald Ingber, che è anche professore di biologia vascolare presso la Harvard Medical School e il Boston Children’s Hospital e professore di ingegneria bioispirata presso SEAS.

 

Immagine: Wyss Institute at Harvard University