I ricercatori del Fred Hutchinson Cancer Research Center hanno sviluppato nanoparticelle biodegradabili che possono essere utilizzate per programmare geneticamente le cellule immunitarie per riconoscere e distruggere le cellule tumorali, mentre le cellule immunitarie sono ancora all'interno del corpo.

In uno studio di prova di principio che sarà pubblicato il 17 aprile in Nanotecnologia della natura , il team ha dimostrato che le cellule immunitarie programmate da nanoparticelle, note come cellule T, può rapidamente eliminare o rallentare la progressione della leucemia in un modello murino.

"La nostra tecnologia è la prima che conosciamo per programmare rapidamente le capacità di riconoscimento del tumore nelle cellule T senza estrarle per la manipolazione in laboratorio, " ha detto il dottor Matthias Stephan di Fred Hutch, l'autore senior dello studio. "Le cellule riprogrammate iniziano a funzionare entro 24-48 ore e continuano a produrre questi recettori per settimane. Ciò suggerisce che la nostra tecnologia ha il potenziale per consentire al sistema immunitario di attivare rapidamente una risposta abbastanza forte da distruggere le cellule cancerose prima che la malattia diventi fatale. ."

Le immunoterapie cellulari hanno mostrato risultati promettenti negli studi clinici, ma rimangono sfide per renderli più ampiamente disponibili e per essere in grado di distribuirli rapidamente. Attualmente, in genere ci vogliono un paio di settimane per preparare questi trattamenti:le cellule T devono essere rimosse dal paziente e geneticamente ingegnerizzate e coltivate in speciali strutture di elaborazione delle cellule prima di essere reinfuse nel paziente. Queste nuove nanoparticelle potrebbero eliminare la necessità di passaggi così costosi e dispendiosi in termini di tempo.

Sebbene il suo metodo di programmazione delle cellule T sia ancora a diversi passi dalla clinica, Stephan immagina un futuro in cui le nanoparticelle trasformeranno le immunoterapie cellulari, sia per il cancro che per le malattie infettive, in un farmaco facilmente somministrabile, trattamento standard disponibile ovunque.

"Non ho mai avuto il cancro, ma se ricevessi una diagnosi di cancro vorrei iniziare subito il trattamento, "Stephan ha detto. "Voglio rendere l'immunoterapia cellulare un'opzione di trattamento il giorno della diagnosi e poterla fare in un ambiente ambulatoriale vicino a dove vivono le persone".

Il corpo come laboratorio di ingegneria genetica

Stephan ha creato le sue nanoparticelle homing di cellule T come un modo per portare la potenza dell'immunoterapia del cancro cellulare a più persone.

Nel suo metodo, il laborioso, le lunghe fasi di programmazione delle cellule T avvengono tutte all'interno del corpo, creando un potenziale esercito di "serial killer" in pochi giorni.

Come riportato nel nuovo studio, Stephan e il suo team hanno sviluppato nanoparticelle biodegradabili che hanno trasformato le cellule T in cellule T CAR, un particolare tipo di immunoterapia cellulare che ha prodotto risultati promettenti contro la leucemia negli studi clinici.

I ricercatori hanno progettato le nanoparticelle per trasportare geni che codificano per i recettori chimerici dell'antigene, o AUTO, che mirano ed eliminano il cancro. Hanno anche etichettato le nanoparticelle con molecole che le fanno aderire come bave alle cellule T, che inghiottono le nanoparticelle. Il sistema di traffico interno della cellula dirige quindi la nanoparticella verso il nucleo, e si dissolve.

Lo studio fornisce la prova del principio che le nanoparticelle possono educare il sistema immunitario a colpire le cellule tumorali. Stephan e il suo team hanno progettato i nuovi geni CAR da integrare nei cromosomi alloggiati nel nucleo, consentendo alle cellule T di iniziare a decodificare i nuovi geni e a produrre CAR entro uno o due giorni.

Una volta che il team ha determinato che le loro nanoparticelle che trasportano CAR hanno riprogrammato una notevole percentuale di cellule T, hanno testato la loro efficacia. Utilizzando un modello murino preclinico di leucemia, Stephan e i suoi colleghi hanno confrontato la loro strategia di programmazione delle nanoparticelle con la chemioterapia seguita da un'infusione di cellule T programmate in laboratorio per esprimere CAR, che imita l'attuale terapia con cellule CAR-T.

Le cellule CAR-T programmate da nanoparticelle hanno tenuto testa alle cellule CAR-T infuse. Il trattamento con nanoparticelle o cellule CAR-T infuse ha migliorato la sopravvivenza in media di 58 giorni, da una sopravvivenza media di circa due settimane.

Lo studio è stato finanziato dalla Immunotherapy Initiative di Fred Hutch, la Leukemia &Lymphoma Society, la sorellanza Phi Beta Psi, la National Science Foundation e il National Cancer Institute.

Passi successivi e altre applicazioni

Le nanoparticelle di Stephan devono ancora superare diversi ostacoli prima di avvicinarsi alla sperimentazione umana. Sta perseguendo nuove strategie per rendere sicuro il sistema di consegna ed espressione dei geni nelle persone e sta lavorando con aziende che hanno la capacità di produrre nanoparticelle di livello clinico. Inoltre, Stephan ha rivolto la sua attenzione al trattamento dei tumori solidi e sta collaborando a tal fine con diversi gruppi di ricerca presso Fred Hutch.

E, Egli ha detto, l'immunoterapia potrebbe essere solo l'inizio. In teoria, le nanoparticelle potrebbero essere modificate per soddisfare le esigenze dei pazienti il ​​cui sistema immunitario ha bisogno di una spinta, ma che non possono aspettare diversi mesi prima che un vaccino convenzionale faccia effetto.

"Speriamo che questo possa essere utilizzato per malattie infettive come l'epatite o l'HIV, " ha detto Stephan. Questo metodo può essere un modo per "fornire ai pazienti dei recettori che non hanno nel proprio corpo, " ha spiegato. "Hai solo bisogno di un piccolo numero di cellule T programmate per proteggerti da un virus".