Immagine: tre zaini (rosa) attaccati a un macrofago (verde e blu). Credito: Wyss Institute presso l’Università di Harvard.
I trasferimenti di cellule adottive sono emersi come un approccio dirompente per il trattamento della malattia in un modo più specifico rispetto all’uso di farmaci a piccole molecole; tuttavia, a differenza dei farmaci tradizionali, le cellule sono entità viventi che possono alterare la loro funzione in risposta a segnali ambientali.
Nel presente studio, i ricercatori utilizzano una particella ingegnerizzata denominata “zaino” che può aderire saldamente alle superfici dei macrofagi e regolare i fenotipi cellulari in vivo. Gli zaini evitano la fagocitosi per diversi giorni e rilasciano citochine per guidare continuamente la polarizzazione dei macrofagi verso i fenotipi antitumorali. I ricercatori dimostrano che questi fenotipi antitumorali sono durevoli, anche nell’ambiente fortemente immunosoppressivo di un modello di carcinoma mammario murino. I fenotipi conservati hanno portato a una riduzione dei carichi metastatici e hanno rallentato la crescita tumorale rispetto a quelli dei topi trattati con una dose uguale di macrofagi con citochine libere. Complessivamente, questi studi evidenziano un nuovo percorso per controllare e mantenere i fenotipi delle immunoterapie cellulari adottive.
I macrofagi sono cellule immunitarie che pattugliano il corpo alla ricerca di potenziali minacce come virus, batteri e cellule tumorali, inghiottendole e distruggendole. Tuttavia, i tumori hanno un asso nella manica: secernono sostanze che “cambiano” i macrofagi in arrivo dal loro stato di predatori del tumore a uno stato di promozione del tumore, in cui sopprimono la risposta immunitaria del corpo e promuovono la crescita dei vasi sanguigni per favorire lo sviluppo delle metastasi. Gli sforzi per prelevare i macrofagi dal corpo, modificarli per costringerli a uccidere il tumore e reinfonderli nel corpo sono falliti, poiché i tumori li riportano incessantemente al loro stato pro-tumorale.
Ora, i ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Institute di Harvard e della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno creato una nuova soluzione a questo problema: degli “zaini” che secernono citochine che aiutano i macrofagi a preservare il loro compito di combattere e uccidere i tumori, restando per un massimo di cinque giorni dopo il loro arrivo in un sito tumorale. Queste citochine hanno rallentato la crescita tumorale e ridotto le metastasi nei topi con una forma aggressiva di cancro al seno.
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I risultati dello studio sono stati pubblicati oggi su Science Advances.
“Questo studio parla della bellezza dei macrofagi: sono cellule altamente adattabili che rispondono molto fortemente agli stimoli nel loro ambiente, ma questo può anche essere un problema quando ricevono uno stimolo che dice loro di fare qualcosa che è effettivamente dannoso per il corpo, come aiutare il cancro a crescere o a metastatizzare”, ha dichiarato il primo autore dello studio C. Wyatt Shields, Ph.D., Professore assistente presso l’Università del Colorado, Boulder, che ha completato lo studio come borsista post-dottorato nel laboratorio del membro della Facoltà Wyss Samir Mitragotri, Ph.D. “Abbiamo dimostrato che è possibile fornire uno stimolo prolungato attraverso queste particelle zaino per mantenere i macrofagi nel loro stato desiderato e speriamo che questa tecnica possa un giorno essere utilizzata per trattare una varietà di condizioni legate alla disfunzione immunitaria”.
Costruire un cellula “zaino migliore”
I macrofagi sono cellule fameliche, che si legano e mangiano qualsiasi cosa riconoscano come estranea al corpo. Precedenti lavori del laboratorio Mitragotri hanno mostrato che, sorprendentemente, piccole particelle a forma di disco possono girare intorno ai macrofagi per diversi giorni senza innescare la loro risposta per la loro distruzione e potrebbero offrire l’opportunità di influenzare il comportamento dei macrofagi. Per questo studio, il team ha costruito cellule chiamate zaino composte da due strati di acido polimerico (lattico-co-glicolico) biocompatibile (PLGA) con un “riempimento” di alcool polivinilico (PVA) e l’interferone gamma citochinico (IFNγ) inserito tra loro. L’IFNγ è noto per essere un potente stimolatore della risposta pro-infiammatoria nei macrofagi ed è stato dimostrato che riduce le dimensioni di alcuni tumori. Per completare “gli zaini”, è stato aggiunto uno strato finale di adesivo cellulare per aiutarli a rimanere attaccati ai loro supporti per macrofagi.
Shields e i suoi co-autori hanno mescolato i macrofagi con le loro “particelle zaino” in vitro e hanno scoperto che circa l‘87% delle cellule ha raccolto da uno a quattro zaini sulle loro superfici che sono rimasti lì per almeno cinque giorni senza essere distrutti e hanno secreto IFNγ per almeno 60 ore. Hanno quindi testato i macrofagi per vari marcatori che indicavano se erano in uno stato proinfiammatorio (M1) che combatte i tumori o uno stato antinfiammatorio (M2). I macrofagi che trasportano zaini IFNγ hanno espresso tre tratti associati a M1 molto più fortemente dei macrofagi con zaini vuoti o macrofagi in presenza di IFNγ libero, mentre la loro espressione di tratti associati a M2 non è cambiata significativamente. La loro maggiore espressione del tratto M1 è durata anche più a lungo di entrambi i gruppi di controllo, suggerendo che gli zaini IFNγ potrebbero indurre un passaggio duraturo allo stato M1.
Immagine: la forma del disco degli zaini (viola) consente loro di attaccarsi ai macrofagi (bianchi) senza essere inghiottiti e digeriti, contribuendo a prolungare gli effetti del loro carico. Credito: Wyss Institute presso l’Università di Harvard.
Era dunque il momento per il vero test, di verificare se queste cellule zaino potevano avere successo laddove gli studi precedenti avevano fallito: mantenere i macrofagi nel loro stato M1 dopo essere stati introdotti in tumori vivi. I ricercatori hanno iniettato i loro macrofagi attraverso le cellule zaino nei topi con una forma aggressiva di carcinoma mammario metastatico, quindi li hanno valutati dopo sette giorni. Per la loro gioia, i macrofagi che trasportavano zaini IFNγ avevano espresso indicatori M1 per almeno 48 ore e i loro livelli di espressione erano significativamente più alti di quelli iniettati con zaini vuoti o con IFNγ libero. Hanno anche scoperto che i topi trattati con la terapia con IFNγ avevano significativamente meno noduli metastatici e tumori più piccoli rispetto ai topi di controllo e vivevano più a lungo. Quando il team ha scavato più a fondo per scoprire cosa stava accadendo all’interno dei tumori dopo che erano stati iniettati con la terapia con gli zaini IFNγ, hanno trovato un risultato sorprendente: non solo i macrofagi portatori di zaino sono rimasti nel loro stato M1, ma hanno anche aiutato altri macrofagi all’interno del tumore (macrofagi o TAM associati al tumore) a passare da uno stato M2 antinfiammatorio a uno stato M1, attivandoli efficacemente per combattere i tumori che li avevano dirottati per proteggersi. Inoltre, questo risultato è stato ottenuto con una dose di IFNγ inferiore di 100 volte rispetto alla dose totale massima utilizzata in altri studi e i topi non hanno mostrato alcun segno di tossicità dal trattamento.
