Nel 1989, a due studenti universitari della Libera Università di Bruxelles è stato chiesto di testare il siero di sangue congelato dei cammelli, e sono incappato in un tipo di anticorpo precedentemente sconosciuto. Era una versione miniaturizzata di un anticorpo umano, costituito solo da due catene proteiche pesanti, piuttosto che due catene leggere e due pesanti. Come alla fine hanno riportato, la presenza degli anticorpi è stata confermata non solo nei cammelli, ma anche in lama e alpaca.

Avanti veloce di 30 anni. Nel diario PNAS questa settimana, ricercatori del Boston Children's Hospital e del MIT mostrano che questi mini-anticorpi, ridotto ulteriormente per creare i cosiddetti nanocorpi, può aiutare a risolvere un problema nel campo del cancro:far funzionare le terapie con cellule CAR T nei tumori solidi.

Molto promettente per i tumori del sangue, La terapia con cellule T del recettore chimerico dell'antigene (CAR) ingegnerizza geneticamente le cellule T di un paziente per renderle più efficaci nell'attaccare le cellule tumorali. Il Dana-Farber/Boston Children's Cancer and Blood Disorders Center sta attualmente utilizzando la terapia con cellule T CAR per la leucemia linfocitica acuta recidivante (ALL), Per esempio.

Ma i linfociti CAR T non sono stati bravi a eliminare i tumori solidi. È stato difficile trovare proteine ​​specifiche per il cancro su tumori solidi che potessero fungere da bersagli sicuri. I tumori solidi sono inoltre protetti da una matrice extracellulare, una rete di proteine ​​di supporto che funge da barriera, così come molecole immunosoppressive che indeboliscono l'attacco delle cellule T.

Ripensare le cellule T CAR

È qui che entrano in gioco i nanocorpi. Per due decenni, sono rimasti in gran parte nelle mani della squadra belga. Ma questo è cambiato dopo la scadenza del brevetto nel 2013.

"Molte persone si sono messe in gioco e hanno iniziato ad apprezzare le proprietà uniche dei nanocorpi, "dice Hidde Ploegh, dottorato di ricerca, un immunologo nel Programma in Medicina Cellulare e Molecolare presso Boston Children's e ricercatore senior sulla PNAS studio.

Un attributo utile sono le loro capacità di mira avanzate. Ploegh e il suo team al Boston Children's, in collaborazione con Noo Jalikhani, dottorato di ricerca, e Richard Hynes, dottorato di ricerca al Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, hanno sfruttato i nanocorpi per trasportare agenti di imaging, consentendo una visualizzazione precisa dei tumori metastatici.

Il team di Hynes ha mirato i nanocorpi alla matrice extracellulare dei tumori, o ECM:agenti di imaging mirati non alle cellule tumorali stesse, ma all'ambiente che li circonda. Tali marcatori sono comuni a molti tumori, ma in genere non compaiono sulle cellule normali.

"Il nostro laboratorio e il laboratorio Hynes sono tra i pochi a perseguire attivamente questo approccio mirato al microambiente tumorale, " dice Ploegh. "La maggior parte dei laboratori sono alla ricerca di antigeni specifici del tumore".

Mirare ai protettori tumorali

Il laboratorio di Ploegh ha portato questa idea nella terapia con cellule T CAR. La sua squadra, compresi i membri del laboratorio Hynes, ha preso di mira proprio i fattori che rendono i tumori solidi difficili da trattare.

Le cellule CAR T che hanno creato sono state costellate di nanocorpi che riconoscono proteine ​​specifiche nell'ambiente tumorale, portando segnali che li indirizzano a uccidere qualsiasi cellula a cui si sono legati. Una proteina, EIIIB, una variante della fibronectina, si trova solo sui vasi sanguigni di nuova formazione che forniscono ai tumori sostanze nutritive. Un altro, PD-L1, è una proteina immunosoppressiva che la maggior parte dei tumori usa per silenziare i linfociti T che si avvicinano.

La biochimica Jessica Ingram, dottorato di ricerca del Dana-Farber Cancer Institute, Partner di Ploegh e coautore dell'articolo, ha guidato la pipeline di produzione. Sarebbe andata ad Amherst, Messa., raccogliere cellule T da due alpaca, Bryson e Sanchez, iniettare loro l'antigene di interesse e raccogliere il loro sangue per un'ulteriore elaborazione a Boston per generare mini-anticorpi.

Eliminare melanoma e cancro al colon

Testato in due modelli di topi con melanoma separati, così come un modello di adenocarcinoma del colon nei topi, le cellule CAR T basate su nanobody hanno ucciso le cellule tumorali, ha rallentato significativamente la crescita del tumore e migliorato la sopravvivenza degli animali, senza effetti collaterali immediatamente evidenti.

Ploegh pensa che le cellule T ingegnerizzate funzionino attraverso una combinazione di fattori. Hanno causato danni al tessuto tumorale, che tende a stimolare le risposte immunitarie infiammatorie. Prendere di mira EIIIB può danneggiare i vasi sanguigni in modo tale da ridurre l'afflusso di sangue ai tumori, rendendoli più permeabili ai farmaci antitumorali.

"Se distruggi l'afflusso di sangue locale e causi perdite vascolari, potresti forse migliorare la consegna di altre cose che potrebbero avere difficoltà a entrare, "dice Ploegh. "Penso che dovremmo considerare questo come parte di una terapia combinata".

Direzioni future

Ploegh pensa che l'approccio del suo team potrebbe essere utile in molti tumori solidi. He's particularly interested in testing nanobody-based CAR T cells in models of pancreatic cancer and cholangiocarcinoma, a bile duct cancer from which Ingram passed away in 2018.

The technology itself can be pushed even further, says Ploegh.

"Nanobodies could potentially carry a cytokine to boost the immune response to the tumor, toxic molecules that kill tumor and radioisotopes to irradiate the tumor at close range, " he says. "CAR T cells are the battering ram that would come in to open the door; the other elements would finish the job. In teoria, you could equip a single T cell with multiple chimeric antigen receptors and achieve even more precision. That's something we would like to pursue."

Yushu Joy Xie, a graduate student in Boston Children's Program in Cellular and Molecular Medicine and MIT's Koch Institute, was first author on the paper. Supporters include the Lustgarten Foundation, the National Science Foundation, the National Institutes of Health, the American Gastroenterological Association, the Howard Hughes Medical Institute Department of Defense and the National Cancer Institute. See the paper for details on authors and funders.