Imunoterapia ativa de bioengenharia para tratamento personalizado do câncer

Projeto de IL2-ep13nsEV e sua utilização no tratamento do câncer de mama. Para gerar essa imunoterapia ativa, os sEVs de DCs autólogas são projetados com IL2 ligado à membrana de superfície expressando IL2-MFG-E8. Essa personalização de sEV derivado de DC (p13nsEV) é obtida carregando células de câncer de mama lisadas colhidas cirurgicamente em DCs autólogas projetadas, seguidas pela coleta de sEVs que são então usadas como imunoterapia personalizada. Descobrimos que o LPS e o agonista de STING trabalharam juntos para promover a expressão de fatores coestimulatórios na superfície dessa vesícula projetada. Portanto, esse sEV, preparado com antígenos derivados de lisado tumoral e IL2 ligado à membrana bioativa e aprimorado com fatores coestimulatórios, é denominado IL2-ep13nsEV. O IL2-ep13nsEV é projetado para atuar como imunoterapia ativa para expandir o conjunto de células imunes específicas do câncer, facilitando o processamento e a apresentação de neoantígenos, bem como a ativação de células T. Pode ser usado para prevenir a recorrência de tumor primário removido cirurgicamente ou para tratar câncer de mama avançado resistente a ICI. TCR, receptor de células T. Crédito: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade0625

#Imunoterapia 

O câncer de mama é resistente a imunoterapias; portanto, bioengenheiros e oncologistas buscam desenvolver uma série de estratégias terapêuticas para superar esse desafio. Em um novo relatório na Science Advances, Kerui Wu e colegas dos departamentos de biologia do câncer, biologia de tradução e cirurgia de mama nos EUA e na China desenvolveram imunoterapia ativa para criar nanovesículas inteligentes para tratamento personalizado. A equipe de pesquisa conseguiu isso ancorando a proteína bioativa interleucina-2 ligada à membrana (IL2; produzida por um tipo de linfócito T) para manter fatores coestimulatórios de enriquecimento e promoção de células T em pequenas superfícies de vesículas extracelulares derivadas de células dendríticas.

As nanovesículas exibiram antígenos ligados ao complexo de hiscompatibilidade principal de células imunes dendríticas. Após a administração, eles viram como o IL2 ligado à superfície guiou nanovesículas em direção a órgãos linfóides associados a células imunes para ativar receptores imunológicos semelhantes em linfócitos. As vesículas denominadas “IL2-ep13nsEV” induziram uma forte reação imunológica in vivo para resgatar aproximadamente 50% dos camundongos implantados com xenoenxertos derivados de pacientes, ao mesmo tempo em que sensibilizavam as células cancerígenas ao tratamento com inibidores do checkpoint imunológico para prevenir a recorrência do tumor. Os resultados apresentam uma estratégia viável para tratar e prevenir o câncer de mama metastático em modelos pré-clínicos com aplicações em diversos tipos de câncer.

Vesículas inteligentes de nanoengenharia

Oncologistas clínicos e bioengenheiros procuram introduzir vários novos agentes imunoterapêuticos para melhorar o resultado clínico de cânceres específicos. Por exemplo, os inibidores do ponto de checagem imunológico baseados em anticorpos monoclonais são marcadamente eficientes para tratar pacientes com câncer de pulmão, melanoma e leucemia. A maioria dos pacientes é, no entanto, resistente às terapias com inibidores do checkpoint imunológico, onde a resistência adquirida e a recaída são comuns após o tratamento de acompanhamento.

Engenharia de IL2 ligada à membrana e indução de fatores coestimulatórios na superfície de p13nsEV. (A) A estrutura do plasmídeo lentiviral para expressão ectópica da proteína de fusão IL2-MFG-E8 na membrana de p13nsEV. (B) O diagrama esquemático ilustrando a abordagem proposta para ancorar IL2 na superfície de p13nsEV para que se ligue ao receptor de IL2 nas células T. (C) A fração de membrana de p13nsEV e DCs antes e depois da expressão de IL2 foi isolada e a expressão de IL2 e HSP70 foi examinada por Western blot. (D) FC da expressão de IL2 na superfície de p13nsEV com ou sem expressão de IL2 na superfície. (E e F) Linfócitos T marcados com Vybrant DiD foram cocultivados com p13nsEV/PlamGFP e IL2-p13nsEV/PalmGFP. Após 12 horas, a interação entre células T e sEVs foi examinada e quantificada por microscopia fluorescente (E) e (F) FC. N = 3 em cada grupo. A comparação foi realizada por meio do teste t de Student não pareado. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. Barras de escala, 100 ?m. 5'LTR, repetição terminal longa; 3'UTR, região não traduzida; MFI, intensidade média de fluorescência. Crédito: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade0625

A resistência ao câncer pode resultar de baixa carga de mutação; portanto, os inibidores são projetados para aumentar a função antitumoral das células T, juntamente com uma variedade de imunoterapias ativas para gerar células imunes direcionadas ao tumor. No entanto, o impacto translacional de tais terapias, incluindo células T de antígenos quiméricos manipulados, pode levar a sintomas com risco de vida devido à liberação controlada de citocinas inflamatórias.

As células do câncer de mama são mais resistentes à imunoterapia devido à sua baixa carga de mutação quando comparadas a outros tipos de câncer. Wu e colegas implementaram imunoterapia por meio de lipopolissacarídeos e agonista do gene estimulador do interferon para promover a expressão de uma variedade de coestimuladores em superfícies de nanovesículas para gerar imunoterapia ativa aprimorada. A equipe carregou a vesícula com complexo principal de histocompatibilidade apresentando antígenos derivados de lisados tumorais, juntamente com IL-2 bioativa e fatores coestimulatórios enriquecidos. Esta vesícula inteligente nanoengenharia buscou linfócitos alvo e células T para tratamento personalizado para o controle do câncer de mama.

Fatores coestimulatórios de engenharia na nanovesícula inteligente

Wu e seus colegas desenvolveram a imunoterapia ativa pela engenharia de nanovesículas naturais secretadas por células dendríticas para induzir efeitos antitumorais específicos por meio da ativação de linfócitos em um ambiente imunossupressor. As nanovesículas derivadas de células dendríticas mantiveram a funcionalidade essencial para induzir imunidade. A equipe isolou as nanovesículas de uma linha celular dendrítica de camundongo e de linhas celulares primárias humanas para o bioengenheiro e nomeou-as como “p13nsEV” primeiro, seguidas de “IL2-ep13nsEV” durante o estudo. Eles verificaram a viabilidade das construções e as purificaram, seguidas de microscopia eletrônica para visualizar proteínas em forma de pires expressando os principais loci de compatibilidade I e II nas superfícies.

IL2-ep13nsEV induz aumento da imunidade das células T contra células cancerígenas. (A) Os sEVs foram rotulados usando o ExoGlow e injetados na base da cauda dos camundongos. Após 6 horas, as distribuições dos órgãos da vesícula foram examinadas e quantificadas pelo espectro IVIS. Dois testes t não pareados foram realizados para comparar a intensidade do sinal em diferentes órgãos. N = 4 nos grupos LN e N = 3 nos demais grupos. (B) Western blot foi realizado para as células T que foram tratadas com sEVs. (C) As DCs foram tratadas com diferentes combinações de citocinas para estimulação. Em seguida, DCs 4-1BBL- e CD40L-positivo ou p13nsEV isoladas de DCs tratadas. (D) foram examinados por FC, e a intensidade média de fluorescência foi registrada e comparada pelo teste t bicaudal não pareado. N = 3 em cada grupo. (E) DCs com ou sem IL2-MFG-E8, fatores coestimulatórios aumentados LPS/C-diGMP, foram pulsados com OVA (250 ?g/ml) e p13nsEV foi purificado. Células T CD8 de células de camundongos OT-I foram então cocultivadas com diferentes tipos de sEVs ou DC pulsadas por 5 dias. A FC foi realizada para analisar as células T CD8 IFN-γ+ ativadas. O controle do isotipo IgG1 foi usado para determinar o sinal da linha de base. Testes t não pareados bicaudais foram realizados para comparar as populações. N = 3 em cada grupo. (F) As células T CD8 de (E) foram cocultivadas com células B16-OVA expressando GFP na proporção de 10:1. A FC foi realizada para quantificar as células cancerígenas mortas pelo corante de marcação de células mortas Zombie Aqua entre as células GFP+. Testes t não pareados bicaudais foram realizados para comparar as populações. N = 3 em cada grupo. (G) O p13nsEV marcado com Vybrant DiD foi injetado em camundongos, os LNs foram retirados após 6 horas e as seções foram coradas para marcadores de linfócitos e examinadas por um microscópio. Barras de escala, 100 ?m. n.s., P – 0,05, *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001. DAPI, 4',6-diamidino-2-fenilindol. Crédito: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade0625

Os cientistas injetaram as nanovesículas em camundongos através da base da cauda e as visualizaram em vários órgãos colhidos para analisar sua absorção. Wu e a equipe notaram infiltração significativa das construções em órgãos linfóides secundários para indicar nanovesículas transportando neoantígenos para células imunes para circulação generalizada e infiltração de outros órgãos imunes.

Efeitos das nanovesículas no crescimento do tumor de mama em um modelo de camundongo

A equipe de pesquisa testou a capacidade de nanovesículas de bioengenharia para aumentar a morte específica de células cancerígenas de linfócitos T citotóxicos em um modelo de camundongo e rastreou o crescimento do tumor de camundongos tratados com tais construções. Em quatro semanas, eles notaram a menor carga tumoral em camundongos tratados com nanovesículas. Os pesquisadores testaram se essas construções poderiam mobilizar células T em lesões tumorais e observaram um aumento nas células assassinas naturais em camundongos tratados. Eles observaram a importância das interações de nanovesículas com células T específicas, como CD 4 e CD 8, para suprimir o câncer.

As nanovesículas podem trabalhar em conjunto com os inibidores do checkpoint imunológico para aumentar o efeito desta última estratégia, durante o tratamento do câncer de mama. Embora as nanovesículas permitam a supressão do crescimento tumoral em modelos de camundongos imunes ao frio, elas beneficiaram o método de inibição do ponto de controle imunológico. Os dois métodos foram complementares para reunir uma resposta imune reativa. Por exemplo, enquanto as nanovesículas geraram linfócitos específicos de células cancerígenas, os inibidores do checkpoint imunológico mantiveram sua viabilidade para eliminar efetivamente as células cancerígenas completamente. A combinação de ambos os métodos aumentou o número de linfócitos infiltrados no tumor e células T ativas no baço em comparação com qualquer uma das técnicas isoladamente.

Efeitos de IL2-ep13nsEV em tumores de mama frios imunes. (A) Diagrama esquemático do procedimento experimental. O lisado de células tumorais de 4T1 foi carregado em mBMDC com expressão de IL2-MFG-E8, seguido por diferenciação e estimulação de DC. Os sEVs foram isolados das DC e usados para o tratamento de camundongos BALB/c portadores de tumor 4T1. Um total de 1,0 × 104 células cancerígenas foram injetadas nas bolsas de gordura mamária de camundongos BALB/c fêmeas de 6 a 8 semanas de idade. Cinquenta microgramas de sEVs foram administrados aos camundongos por injeção intramuscular em 3 e 7 dias antes da implantação das células tumorais e 1, 8 e 15 dias após a implantação das células tumorais. PBS foi usado no grupo controle. (B) O crescimento do tumor na almofada de gordura mamária foi monitorado medindo o tamanho do tumor por um paquímetro. O teste t bicaudal não pareado foi realizado para comparar os tamanhos dos tumores. N = 10 em cada grupo. (C) O peso do tumor no ponto final (dia 28) é mostrado para os dois grupos de tratamento diferentes. O teste t bicaudal não pareado foi realizado para comparar o peso do tumor. N = 10 em cada grupo. Barras de escala, 1 cm. (D) Os tumores foram dissociados, CD4+ e CD8+ TIL entre as células CD3+ foram medidos por FC para cada grupo, e o teste t bicaudal não pareado foi realizado para comparar a porcentagem de TIL. N = 5 em cada grupo. (E) O IFN-γ+/CD4+ e IFN-γ+/CD8+ entre as células CD3+ em esplenócitos dissociados foram examinados por FC. A porcentagem de células foi comparada pelo teste t bicaudal não pareado. N = 5 em cada grupo. Crédito: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade0625

Investigações pré-clínicas com um xenoenxerto derivado de paciente humanizado

Em seguida, Wu e seus colegas usaram um xenoenxerto derivado do paciente para testar o efeito antitumoral dos nanoconstrutos e combinaram o método contra a inibição do ponto de controle imunológico como antes. Eles observaram que as tecnologias combinadas são mais eficazes na inibição do crescimento tumoral em camundongos humanizados. Os resultados histoquímicos mostraram como o tratamento de vesículas com imunoterapia ativa promoveu aumento da infiltração de linfócitos T no tumor.

Embora os inibidores do ponto de controle imunológico sejam administrados em pacientes com câncer de mama em estágio avançado, a maioria dos pacientes é submetida à cirurgia como uma abordagem curável nos estágios iniciais. No entanto, os pacientes às vezes enfrentam recorrência, o que leva à morte relacionada ao câncer de mama.

Em tais cenários, Wu e colegas recomendam imunoterapia ativa personalizada com nanovesículas para prevenir a recorrência futura da doença. Eles testaram essa teoria em um modelo de camundongo e descobriram que a estratégia de tratamento personalizado poderia diminuir significativamente a recorrência da doença. Eles não observaram efeitos colaterais da droga após 8 semanas de administração sobre o peso corporal, função hepática ou hiperativação de células imunes em animais.

Efeito da terapia combinada em camundongos PDX humanizados. (A) Diagrama esquemático do procedimento experimental. O lisado de células tumorais de PDX foi carregado em DC derivadas de monócitos humanos com expressão de IL2-MFG-E8, seguida por diferenciação e estimulação de DC. A IL2-ep13nsEV foi isolada da DC e utilizada como imunoterapia ativa para tratar camundongos PDX humanizados. Cinquenta microgramas de sEVs foram administrados nas semanas 3, 5, 7 e 9 após o implante de PDX. O tratamento com ICI foi administrado a 20 mg/kg por via intraperitoneal nas semanas 5, 7, 9 e 11 após a implantação do tumor. (B) O crescimento do tumor na almofada de gordura mamária foi monitorado medindo o tamanho do tumor por um paquímetro. O teste t bicaudal não pareado foi realizado para comparar os tamanhos dos tumores em diferentes momentos. Os sEVs purificados de DC pulsados com lisado de gordura mamária saudável foram usados como controle de vesícula de IL2-ep13nsEV3887. O isotipo IgG1 foi usado como controle do tratamento anti-PD1. N = 10 em cada grupo. (C) O peso do tumor no ponto final para os quatro grupos de tratamento é medido e comparado pelo teste t não pareado bicaudal. N = 10 em cada grupo. Barras de escala, 1 cm. (D) A incidência de tumor de quatro grupos foi comparada pelo teste qui-quadrado. (E e F) Os tumores foram dissociados, e hCD45+/hCD3+, CD4+(E) e CD8+(F), TIL foram medidos por FC para cada grupo e comparados pelo teste t não pareado. N = 5 em cada grupo. (G e H) As células hCD45+/hCD3+/IFN-γ+, CD4+ (G) e CD8+ (H), em esplenócitos dissociados foram examinadas por FC. A porcentagem de células foi comparada entre os diferentes grupos pelo teste t bicaudal não pareado. N = 5 em cada grupo. (I) Os CD4 e CD8 TIL intratumorais foram examinados por IHC e comparados pelo teste t bicaudal não pareado. Barras de escala, 50 ?m. N = 5 em cada grupo. n.s., P – 0,05, *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. Crédito: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade0625

Panorama

Desta forma, Kerui Wu e a equipe de pesquisa estudaram a intervenção do câncer de mama em laboratório; um tipo de câncer com maior incidência nos Estados Unidos. Embora os cânceres não metastáticos possam ser tratados com cirurgia e quimioterapia, aproximadamente 22% dos pacientes com câncer de mama eventualmente apresentam recorrência em 10 anos.

A maioria das terapias existentes fica para trás em salvar pacientes com uma taxa de sobrevida de 10 anos em cerca de 13%. Como resultado, a necessidade de uma melhor terapia é imperativa para tratar pacientes em estágios avançados e prevenir a recorrência da doença. Os resultados do estudo são promissores para o tratamento de vários tipos de câncer ao lado de tumores resistentes ao método de inibição do ponto de controle imunológico.


Publicado em 27/05/2023 13h41

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