Instrumentul genetic transformă celulele canceroase moi în ținte pentru sistemul imunitar
Cercetătorii de la USC Viterbi School of Engineering și Keck School of Medicine of USC au dezvoltat un instrument genetic remarcabil care abordează unul dintre cele mai persistente obstacole în imunoterapia cancerului: moliciunea fizică a tumorilor.
Lucrarea, detaliată în jurnalul Nature Biomedical Engineering, arată cum mediul moale al unei tumori permite celulelor canceroase să devină „invisible” și rezistente la tratamente, oferind un mecanism puternic pentru a marca aceste celule evasive pentru distrugere.
Autorul principal al lucrării, Jenny Yunjia Qu, a colaborat cu echipele de la USC Viterbi și Keck School of Medicine pentru a dezvolta o tehnică care vizează cu succes „celulele canceroase asemănătoare stemului”. Aceste tipuri de celule au abilități similare cu celulele stem, inclusiv auto-reînnoirea, ceea ce le face factori cheie în creșterea tumorilor, rezistența la medicamente și recidiva cancerului.
Bariera moale împotriva atacurilor imune
Terapia CAR T-cell este un tratament revoluționar pentru cancer, în care celulele T – un tip de celulă albă din sânge – sunt extrase de la un pacient și echipate cu receptorul chimeric de antigen (CAR). Receptorul CAR se leagă de antigenii asociați celulelor canceroase, dirijând celulele T să distrugă celulele canceroase. Terapia CAR T a revoluționat tratamentul cancerelor de sânge, dar întâmpină dificultăți în cazul tumorilor solide.
Echipa de la Wang Lab a demonstrat rolul critic al microambientului fizic al unei tumori în succesul celulelor CAR T, în special atunci când acest microambient este moale.
Aceasta este o descoperire relativ nouă în domeniu, care arată că mediile moi pot face celulele canceroase mai puțin susceptibile la terapia CAR-T și alte abordări. Celulele canceroase din medii moi au o tendință mai mare de a deveni celule asemănătoare stemului, ceea ce este, de asemenea, consistent cu rezistența la a fi distruse de terapia CAR-T.
Qu a explicat că problema poate fi comparată cu încercarea de a perfora un obiect gelatinat, precum Jello sau tofu, natura moale și elastică a materialului făcându-l greu de penetrat.
„Celulele CAR T omoară tumorile prin prinderea celulelor individuale, perforarea membranei acestora și secreția de molecule citotoxice în celulele tumorale. Când celula CAR T intră, poate vedea, prinde și omorî celulele mai rigide, dar neglijează cele mai moi, asemănătoare cu Jello,” a afirmat Qu.
„Celulele sunt moi, prin urmare nu pot fi prinse cu ușurință, astfel că celulele CAR T au o eficiență mai scăzută în a le distruge,” a spus Wang. „Jenny a identificat esențial mecanismul acestor celule tumorale moi, asemănătoare stemului, și a utilizat această înțelegere și informații moleculare pentru a le reconfigura astfel încât să producă markeri mai recognoscibili pe suprafața lor.”
Barcoding celulelor moi rezistente la tratamente cu o „cutie neagră”
Pentru a aborda această evaziune imunitară, echipa de cercetare a avut nevoie mai întâi de o modalitate de a identifica și urmări aceste celule moi evasive. Au dezvoltat un instrument genetic denumit Mechano-Recorder, care acționează ca o „cutie neagră” în interiorul celulei. Acest instrument înregistrează nivelul moliciunii mecanice pe care celula o experimentează.
Cercetătorii au descoperit că celulele canceroase mai moi prezentau semnale intracelulare de calciu semnificativ mai ridicate. Mechano-Recorder convertește acest semnal de calciu tranzitoriu într-un semnal fluorescent stabil și de lungă durată, barcodând efectiv aceste celule cu experiența lor mecanică.
„Partea de înregistrare este cea mai interesantă,” a declarat co-autorul Longwei Liu. „Este ca și cum ai face o fotografie a celulelor canceroase la anumite puncte în timp și ai înregistra semnalul pentru scopuri de diagnostic sau pentru dezvoltarea unui scop terapeutic.”
Echipa a reușit apoi să folosească acest recorder pentru a demonstra că mediile moi promovează în mod specific aceste celule pozitive pentru recorder, care prezintă caracteristici asemănătoare celulelor stem, inclusiv markeri asociați cu metastaza și hipoxia.
Cercetătorii au profitat apoi de designul Mechano-Recorder pentru acțiune terapeutică, reprogamând genetic sistemul pentru a transforma semnătura celulelor moi și rezistente într-un far targetabil pentru atacul celulelor imune.
„Ceea ce încercăm să facem este, mai întâi, să recunoaștem diferența dintre celulele mai moi și cele mai rigide. Apoi, reconfigurăm celulele mai moi pentru a exprima un alt antigen sintetic,” a spus Qu.
Qu și colegii săi au înlocuit reporterul fluorescent din recorder cu CD19, un antigen validat clinic utilizat frecvent în terapia CAR T pentru cancerele de sânge. Acest proces transmite practic un semnal de „ucide-mă” celulelor CAR T.
„Când celulele mai moi exprimă acest semnal, celulele CAR T CD19 pe care le-am proiectat vor veni și vor vedea doar acele celule cu semnalul de „ucide-mă”, și apoi vor ataca,” a explicat Qu.
„Găsirea punctului moale în tumorile solide este o nouă direcție majoră în realizarea terapiei mediate de imunitate,” a declarat W. Martin Kast, co-autor și profesor de Imunologie & Terapie Imună la Keck School of Medicine.
Impact larg pentru tumorile solide
Testat în linii de celule canceroase de sân și celule derivate din pacienți, precum și în modele pe șoareci, strategia de reconfigurare a depășit cu succes rezistența celulelor asemănătoare stemului canceros mai moale. Rezultatele au arătat că aceste tumori reprogramate, deși mai moi, au prezentat o infiltrare T-cell mai mare și o eficiență de omorâre îmbunătățită.
Wang a adăugat că acest sistem Mechano-Recorder și sistemul de barcoding celular au aplicații largi în cancer și multe alte boli dincolo de tumorile de sân.
„Această abordare ar putea fi aplicabilă ușor sau extinsă la alte tipuri de tumori solide – practic la toate,” a afirmat Wang. „În această lucrare particulară, transformăm un stimul generat de moliciune într-un semnal de „ucide-mă”. Dar putem face același lucru pentru multe alte semnale celulare. Orice cale de semnalizare moleculară pe care o detectăm o putem transforma într-un semnal de „ucide-mă” sau un semnal de „ajută-mă”, în funcție de nevoile noastre și de tipul de boală cu care ne confruntăm.”
Echipa a testat deja cu succes abordarea în modele de glioblastom, cancer pancreatic și cancer de prostată.
Wang a spus că ultima lucrare a echipei stabilește un concept fundamental: înțelegerea consecințelor moleculare ale indiciilor biofizice ale unei celule canceroase, precum moliciunea, permite cercetătorilor să „fure” informațiile moleculare și apoi să le conecteze pentru a se comporta într-un mod mai benefic pentru tratament. Transformând stealth-ul generat de moliciune al unei tumori într-o țintă evident
