Ci sono molti meccanismi con cui il corpo risponde agli invasori stranieri. Uno di questi coinvolge le cellule T del sistema immunitario, che hanno un numero di proteine ​​diverse sulla loro superficie chiamate "proteine ​​del punto di controllo". Queste proteine ​​checkpoint si legano alle proteine ​​sulla superficie di altre cellule e possono provocare stimolazione o soppressione dell'attività delle cellule T. Normalmente, proteine ​​di superficie su cellule estranee o invadenti produrranno una stimolazione dell'attività delle cellule T contro queste cellule, mentre la soppressione delle cellule T è un meccanismo integrato per impedire al sistema immunitario di attaccare le cellule normali del corpo.

cellule tumorali, però, a volte può superare in astuzia il sistema immunitario mostrando proteine ​​di superficie che si legano alle proteine ​​checkpoint delle cellule T per causare la soppressione dell'attività delle cellule T. In alcuni casi, l'interazione di queste proteine ​​di superficie del tumore con le cellule T provoca anche la rottura delle cellule T. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno cercato di sviluppare farmaci "inibitori del checkpoint" che contrasteranno queste interazioni soppressive del checkpoint al fine di riattivare la risposta immunitaria del corpo alle cellule tumorali. Uno di questi farmaci è approvato dalla FDA statunitense per il trattamento del melanoma metastatico; altri sono disponibili o in fase di sviluppo per il trattamento di altre neoplasie.

Nonostante questi progressi, però, resta difficile determinare quali pazienti oncologici siano probabili candidati per questo tipo di terapia e quali farmaci abbiano il maggior potenziale. Lo sviluppo di un metodo per affrontare queste sfide sarebbe strumentale nel determinare il più sicuro, farmaci più efficaci per i malati di cancro, risparmiando tempo e denaro nel processo. Affinché tale metodo sia pratico per l'uso clinico, dovrebbe essere in grado di eseguire test rapidi su un gran numero di potenziali farmaci immunoterapici contro cellule tumorali vive per un accurato, dati facilmente analizzabili.

Un team collaborativo del Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) ha progettato e testato con successo un tale sistema. Hanno iniziato coltivando aggregati sferici di cellule di cancro al seno in un stampato in 3D, chip trasparente con micropozzetti conici. Questi micropozzetti sono stati progettati per una crescita e una stabilità ottimali delle sfere cellulari. I test eseguiti sulle sfere cellulari dei micropozzetti hanno confermato la vitalità delle cellule e la loro produzione di proteine ​​di superficie che disattivano le cellule T.

"Le caratteristiche del nostro chip basato su micropozzetti sono la chiave per il nostro sviluppo di successo di un modello di tessuto immunoattivo, " ha detto Wujin Sun, dottorato di ricerca, dal team dell'Istituto Terasaki. "La trasparenza del chip consente l'osservazione microscopica diretta. E il suo design consente test ad alto volume, che si presta bene allo screening rapido dei farmaci immunoterapeutici".

Al fine di testare l'efficacia dei farmaci inibitori del checkpoint nell'attivazione della risposta antitumorale delle cellule T, il team ha poi considerato come si comporta normalmente una cellula T durante l'attivazione. Quando una cellula T viene stimolata ad attaccare gli invasori cellulari, secerne proteine ​​chiamate citochine, che mobilitano altre cellule immunitarie nel sito di invasione e stimolano le cellule a moltiplicarsi ea distruggere gli invasori. La misurazione di queste citochine può quindi indicare il livello di attivazione di una cellula T.

Il team ha quindi creato un efficiente, sistema automatizzato per misurare i livelli di citochine utilizzando il loro micropozzetto carico di cancro al seno. Gli esperimenti con questo sistema sono stati eseguiti utilizzando farmaci proteici anti-checkpoint; i risultati hanno mostrato che dopo l'incubazione delle cellule del cancro al seno con le cellule T, la produzione di citochine è stata aumentata dall'uso dei farmaci, dimostrando la loro efficacia nell'attivazione delle cellule T.

Un altro modo in cui il team ha utilizzato il chip per il cancro al seno è stato quello di valutare l'effetto delle cellule del cancro al seno sulle cellule T stimolate. Le cellule T sono state marcate con fluorescenza e aggiunte alle cellule del cancro al seno nei micropozzetti; la trasparenza del chip ha consentito l'osservazione diretta della loro interazione cellulare utilizzando la microscopia a fluorescenza. Queste cellule del cancro al seno normalmente causano la rottura delle cellule T, ma gli esperimenti condotti con farmaci inibitori del checkpoint hanno mostrato che i farmaci aumentavano la vitalità delle cellule T nelle colture, dimostrando visivamente come possono contrastare gli effetti della rottura delle cellule T mediante l'interazione delle cellule tumorali.

Il chip del cancro al seno è stato utilizzato anche per l'osservazione diretta di come i linfociti T si sono infiltrati nelle sfere cellulari del cancro al seno; questo tipo di infiltrazione è una misura dell'attività antitumorale e della vitalità di una cellula T. Dopo aver etichettato ciascun gruppo di cellule con coloranti separati e averli mescolati nei micropozzetti del chip, L'infiltrazione delle cellule T potrebbe essere visualizzata direttamente mediante microscopia a fluorescenza ad alta risoluzione. Gli esperimenti condotti con farmaci inibitori del checkpoint hanno indicato che c'era un aumento del numero di cellule T e una penetrazione più profonda nelle cellule del cancro al seno in presenza dei farmaci.

In sintesi, i ricercatori TIBI sono stati in grado di progettare metodi robusti ed efficienti per caratterizzare l'interazione tra tumore e cellule immunitarie e per una rapida, metodi ad alto volume e clinicamente rilevanti per lo screening di farmaci immunoterapeutici contro le cellule tumorali. Il chip di micropozzetti e il relativo apparato possono anche essere utilizzati per includere altri tipi di cellule tumorali e singole cellule del paziente per ottimizzare la risposta del paziente e per lo screening e lo sviluppo di farmaci antitumorali aggiuntivi.

"Portare modi per ottimizzare le decisioni cliniche e la medicina personalizzata per i pazienti è uno degli obiettivi principali del nostro istituto, " ha detto Ali Khademhosseini, dottorato di ricerca, direttore e CEO dell'Istituto Terasaki. "Questo lavoro è un passo significativo verso il raggiungimento di tale obiettivo nel regno dell'immunoterapia del cancro".