Trasformare lo "scudo" di un tumore in un'arma contro il tumore stesso

Secondo Peter Insio Wang, le cellule tumorali sono "astute". Hanno modi sinistri per eludere le risposte immunitarie umane che combattono questi invasori cancerosi. Le cellule tumorali esprimono molecole del ligando di morte programmata 1 (PD-L1), che agiscono come uno scudo protettivo che sopprime le nostre cellule immunitarie, creando un ostacolo alle immunoterapie mirate contro il cancro.

Wang, titolare della cattedra Alfred E. Mann in ingegneria biomedica e della cattedra Dwight C. e Hildagard E. Baum in ingegneria biomedica, dirige un laboratorio dedicato alla ricerca pionieristica sulle immunoterapie ingegnerizzate che sfruttano il sistema immunitario umano per creare un futuro arsenale nella lotta contro il cancro.

I ricercatori del laboratorio di Wang hanno sviluppato un nuovo approccio che trasforma i meccanismi insidiosi di difesa delle cellule tumorali contro se stesse, trasformando queste molecole "scudo" in bersagli per le cellule T con recettore antigenico chimerico (CAR) progettate nel laboratorio di Wang e programmate per attaccare il cancro.

Il lavoro, condotto dal ricercatore post-dottorato del laboratorio di Wang, Lingshan Zhu, insieme a Wang, al ricercatore scientifico Longwei Liu e ai loro coautori, è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano.

La terapia con cellule CAR-T è un trattamento antitumorale rivoluzionario in cui i linfociti T, un tipo di globuli bianchi, vengono prelevati dal paziente e gli viene somministrato un recettore antigenico chimerico (CAR). Il CAR si lega agli antigeni associati alle cellule tumorali, stimolando i linfociti T a distruggerle.

L'ultimo lavoro del laboratorio di Wang è un monobody progettato per le cellule CAR T, che il team chiama PDbody, che si lega alla proteina PD-L1 su una cellula cancerosa, consentendo al CAR di riconoscere la cellula tumorale e bloccarne le difese.

"Pensate al CAR come a un'auto vera e propria. Ha un motore e un acceleratore. Ma ha anche un freno. In sostanza, il motore e l'acceleratore spingono il CAR T ad avanzare e uccidere il tumore. Ma il PD-L1 agisce come un freno che lo ferma", ha detto Wang.

In questo lavoro, Zhu, Liu, Wang e il loro team hanno modificato geneticamente le cellule T per bloccare questo meccanismo "freno" inibitorio e rendere la molecola PD-L1 un bersaglio per la distruzione.

"Questa molecola chimerica PDbody-CAR può indurre le nostre cellule T CAR ad attaccare, riconoscere e distruggere il tumore. Allo stesso tempo, bloccherà e impedirà alla cellula tumorale di bloccare l'attacco delle cellule T CAR. In questo modo, le nostre cellule T CAR saranno più potenti", ha affermato Wang.

La terapia con cellule CAR-T è più efficace contro i tumori "umidi" come la leucemia. La sfida per i ricercatori è stata quella di sviluppare cellule CAR-T avanzate in grado di distinguere tra cellule tumorali e cellule sane.

Il laboratorio di Wang sta studiando modalità per indirizzare la tecnologia ai tumori, in modo che le cellule CAR T vengano attivate nel sito del tumore senza danneggiare i tessuti sani.

In questo lavoro, il team si è concentrato su una forma altamente invasiva di cancro al seno che esprime la proteina PD-L1. Tuttavia, PD-L1 è espressa anche da altri tipi di cellule. I ricercatori hanno quindi esaminato il microambiente tumorale specifico – le cellule e le matrici che circondano immediatamente il tumore – per garantire che il PDbody da loro progettato si legasse in modo più specifico alle cellule tumorali.

"Sappiamo che il pH nel microambiente tumorale è relativamente basso, è un po' acido", ha detto Zhu. "Quindi volevamo che il nostro PDbody avesse una migliore capacità di legame in un microambiente acido, il che lo avrebbe aiutato a distinguere le cellule tumorali dalle altre cellule circostanti."

Per migliorare la precisione del trattamento, il team ha utilizzato un sistema "gate" genetico chiamato SynNotch, che garantisce che le cellule CAR T con PDbody attacchino solo le cellule tumorali che esprimono una proteina diversa nota come CD19, riducendo il rischio di danneggiare le cellule sane.

"In poche parole, i linfociti T saranno attivati solo nel sito del tumore grazie a questo sistema di gate SynNotch", ha detto Zhu. "Non solo il pH è più acido, ma la superficie delle cellule tumorali determinerà se il linfocita T verrà attivato o meno, offrendoci due livelli di controllo."

Zhu ha osservato che il team ha utilizzato un modello di topo e i risultati hanno mostrato che il sistema di controllo SynNotch indirizza le cellule T CAR con PDbody ad attivarsi solo nel sito del tumore, uccidendo le cellule tumorali ma rimanendo sicuro per le altre parti dell'animale.

Un processo ispirato all'evoluzione per creare PDbody

Il team ha utilizzato metodi computazionali e si è ispirato al processo evolutivo per creare i suoi PDbodies specializzati. L'evoluzione guidata è un processo utilizzato in ingegneria biomedica per imitare il processo di selezione naturale in laboratorio.

I ricercatori hanno creato una piattaforma di evoluzione diretta con un'enorme libreria di iterazioni della proteina da loro progettata per scoprire quale versione potrebbe essere più efficace.

"Avevamo bisogno di creare qualcosa che riconoscesse il PD-L1 sulla superficie del tumore", ha affermato Wang.

Utilizzando l'evoluzione diretta, abbiamo selezionato un gran numero di diverse mutazioni monobody per scegliere quale si sarebbe legata al PD-L1. La versione selezionata presenta queste caratteristiche che non solo riconoscono il PD-L1 tumorale, ma anche ne bloccano il meccanismo di frenata, dirigendo quindi la cellula CAR-T sulla superficie del tumore per attaccarla e distruggerla.

"Immaginate di voler trovare un pesce molto specifico nell'oceano: sarebbe davvero difficile", ha detto Liu. "Ma ora, con la piattaforma di evoluzione guidata che abbiamo sviluppato, abbiamo un modo per estrarre queste proteine specifiche con la funzione giusta."

Il team di ricerca sta ora studiando come ottimizzare le proteine per creare cellule CAR-T ancora più precise ed efficaci prima di passare alle applicazioni cliniche. Questo include anche l'integrazione delle proteine con le innovative applicazioni di ultrasuoni focalizzati del laboratorio di Wang per controllare a distanza le cellule CAR-T, in modo che vengano attivate solo nei siti tumorali.

"Ora disponiamo di tutti questi strumenti genetici per manipolare, controllare e programmare queste cellule immunitarie affinché abbiano così tanta potenza e funzionalità", ha affermato Wang. "Speriamo di creare nuovi modi per indirizzare la loro funzione in trattamenti particolarmente impegnativi per i tumori solidi".