Gli scienziati dell’UCLA hanno creato cellule T pre-assemblate a partire da cellule staminali del sangue del cordone ombelicale, in grado di individuare i tumori solidi anche quando le cellule cancerose nascondono il loro bersaglio principale.
La terapia con recettori delle cellule T, comunemente chiamata terapia TCR, è una forma di trattamento del cancro che modifica geneticamente le cellule immunitarie note come cellule T, in modo che possano riconoscere e attaccare il cancro in modo più preciso. Questo approccio è correlato alla terapia con cellule CAR-T, ma esiste un’importante differenza. La terapia con cellule CAR-T è limitata alle proteine che si trovano naturalmente sulla superficie esterna delle cellule tumorali. La terapia TCR, invece, può riconoscere anche frammenti di proteine che hanno origine all’interno di una cellula tumorale e vengono trasportati sulla sua superficie per essere esposti.
Ciò consente alla terapia TCR di accedere a molti più potenziali bersagli tumorali. Questo è particolarmente importante per i tumori solidi, poiché molte delle caratteristiche molecolari che rendono queste cellule cancerose si trovano all’interno delle cellule stesse, piuttosto che sulla loro superficie esterna.
Una sfida importante per la terapia con cellule T
Le attuali terapie TCR presentano un grave problema di produzione. In genere, ogni trattamento deve essere prodotto utilizzando le cellule T del paziente stesso. La produzione di una dose personalizzata può richiedere settimane e avere un costo che può raggiungere cifre a sei zeri.
Gli scienziati hanno studiato la possibilità di utilizzare cellule T provenienti da donatori, il che potrebbe consentire di produrre i trattamenti in anticipo e di conservarli per utilizzarli quando necessario. Tuttavia, le cellule T dei donatori possono causare la malattia del trapianto contro l’ospite, una complicanza potenzialmente pericolosa in cui le cellule immunitarie trapiantate attaccano i tessuti sani del paziente.
I ricercatori dell’UCLA hanno ora sviluppato una strategia pensata per superare entrambi i problemi. In uno studio pubblicato su Cell Reports Medicine, gli scienziati descrivono un metodo scalabile per creare lotti standardizzati di linfociti T antitumorali a partire da cellule staminali ematopoietiche prelevate dal sangue del cordone ombelicale donato. Le cellule sono state geneticamente modificate per riconoscere una proteina presente in molti tipi di tumori solidi.
Nei modelli murini di cancro ovarico e melanoma, una singola dose di cellule geneticamente modificate, note come cellule AlloESO-T, ha controllato la crescita del tumore e prolungato la sopravvivenza senza causare pericolosi effetti collaterali.
“Questa piattaforma ci avvicina a un futuro in cui il prodotto è già pronto, congelato e disponibile non appena il paziente ne ha bisogno”, ha affermato la co-autrice senior Lili Yang, Prof.ssa di microbiologia, immunologia e genetica molecolare e membro dell’UCLA Broad Stem Cell Research Center e dell’UCLA Health Jonsson Comprehensive Cancer Center.
Creazione di cellule T più sicure a partire da cellule staminali
Anziché partire da linfociti T maturi prelevati da un donatore, il team dell’UCLA ha iniziato il processo di sviluppo in una fase precedente. Hanno utilizzato cellule staminali del sangue del cordone ombelicale, che possono naturalmente differenziarsi in tutti i tipi di cellule del sangue e del sistema immunitario.
I ricercatori hanno inserito un gene che codifica per un recettore in grado di riconoscere la proteina NY-ESO-1, presente in molti tumori solidi. Piccoli frammenti di NY-ESO-1 vengono trasportati sulla superficie della cellula tumorale, dove possono essere rilevati dal recettore modificato. Gli scienziati hanno quindi guidato le cellule staminali modificate a differenziarsi in linfociti T in laboratorio.
L’aggiunta del recettore in questa fase precoce impedisce alle cellule in via di sviluppo di produrre i propri recettori naturali per le cellule T. Questa distinzione è importante perché le terapie convenzionali derivate da donatori iniziano con cellule T mature che contengono già una varietà casuale di recettori naturali. Questi recettori devono generalmente essere disattivati tramite ulteriore ingegneria genetica, poiché alcuni potrebbero riconoscere e attaccare i tessuti sani del paziente.
“Le cellule staminali sono indifferenziate: non sono ancora linfociti T maturi con un recettore fisso già presente”, ha affermato il co-primo autore Yichen (John) Zhu, studente di dottorato presso il Broad Stem Cell Research Center Training Program dell’UCLA. “Quando differenziamo le nostre cellule staminali ingegnerizzate in linfociti T, essenzialmente tutte le cellule risultanti portano lo stesso recettore e attaccano lo stesso bersaglio tumorale”.
Fornire alle cellule T un metodo di riserva per individuare il cancro
I tumori solidi possono essere difficili da trattare perché le cellule cancerose sono estremamente diverse tra loro e possono eludere le terapie riducendo o nascondendo i marcatori molecolari che queste terapie sono progettate per riconoscere.
Le cellule AlloESO-T sono progettate con un ulteriore meccanismo di difesa contro questo problema. Oltre al recettore delle cellule T ingegnerizzato, contengono anche recettori delle cellule natural killer (NK) in grado di riconoscere i segnali di stress comunemente esibiti dalle cellule tumorali.
Questo fornisce alle cellule ingegnerizzate un secondo metodo per identificare e uccidere le cellule tumorali anche quando NY-ESO-1 non è più visibile.
“I tumori solidi sono molto diversi tra loro”, ha affermato Zhu. “Alcune cellule tumorali perdono o nascondono l’antigene che una terapia è progettata per individuare, un fenomeno che definiamo fuga antigenica. Quando ciò accade, una terapia mirata a un singolo bersaglio perde la sua efficacia. Le nostre cellule derivate da cellule staminali, invece, possiedono un secondo meccanismo per uccidere queste cellule tumorali”.
Esperimenti di laboratorio condotti su cellule di melanoma umano, tumore ovarico e tumore alla prostata hanno dimostrato il valore di questo sistema di riserva. Le cellule ingegnerizzate sono state in grado di distruggere cellule tumorali che non potevano essere efficacemente colpite attraverso la sola via primaria NY-ESO-1. Ciò potrebbe contribuire a chiudere una via di fuga che limita l’efficacia di molte terapie mirate a un singolo bersaglio tumorale.
Una singola dose ha controllato i tumori nei topi
I ricercatori hanno anche testato le cellule su modelli murini di cancro. Nei topi affetti da cancro ovarico, una singola dose ha prodotto un controllo duraturo del tumore e una sopravvivenza prolungata.
Al contrario, i topi trattati con cellule T ingegnerizzate a partire da cellule T mature del donatore hanno mostrato solo un controllo parziale del tumore e hanno sviluppato la malattia del trapianto contro l’ospite.
I ricercatori hanno osservato uno schema simile in un modello di melanoma. Le cellule AlloESO-T hanno rallentato la progressione del cancro e ne hanno ritardato la ricomparsa, mentre le cellule di confronto ingegnerizzate in modo convenzionale hanno prodotto solo un controllo temporaneo del tumore.
Una differenza importante riguardava la destinazione delle cellule immunitarie dopo il trattamento. In seguito a una singola infusione, le cellule AlloESO-T si moltiplicavano di circa 100 volte, si spostavano nel tumore, si espandevano nel sito in cui erano necessarie e rimanevano attive per settimane. Allo stesso tempo, evitavano in gran parte gli organi sani.
Le cellule modificate con i metodi convenzionali si sono comportate in modo diverso. Si sono accumulate nel fegato e nei polmoni, producendo la tossicità che la nuova strategia intende prevenire.
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Migliaia di dosi dal sangue del cordone ombelicale
Questo approccio potrebbe anche affrontare uno dei maggiori ostacoli all’espansione delle terapie avanzate a base di cellule T: i costi e la scalabilità della produzione.
Poiché il sistema parte da cellule staminali anziché da linfociti T maturi prelevati singolarmente da ciascun paziente, i ricercatori potrebbero potenzialmente produrre un numero molto elevato di cellule terapeutiche contemporaneamente.
“A partire da un piccolo numero di cellule staminali del sangue del cordone ombelicale, possiamo generare trilioni di cellule terapeutiche, sufficienti per migliaia di dosi, in circa sei settimane”, ha affermato il co-autore senior Yanruide (Charlie) Li, ricercatore post-dottorato presso il laboratorio di Yang. “Con un costo stimato di 5.000 dollari a dose, questo approccio sarebbe molto più accessibile rispetto alle terapie attuali”.
Una piattaforma in grado di colpire numerosi tumori solidi
Molti tumori solidi rappresentano bersagli difficili per la terapia cellulare perché mancano di proteine adatte sulla loro superficie esterna che possano essere riconosciute dalle cellule immunitarie.
La terapia TCR offre una soluzione a questa limitazione. I recettori delle cellule T ingegnerizzati possono riconoscere frammenti proteici originatisi all’interno della cellula tumorale, dopo che questi sono stati esposti sulla sua superficie. Ciò apre potenzialmente la strada al trattamento di tumori che sono rimasti difficili da raggiungere con altre forme di terapia cellulare ingegnerizzata.
“Non ci limitiamo a presentare una terapia per un singolo bersaglio. Vogliamo condividere l’intera piattaforma”, ha affermato Li. “A condizione che un recettore per un determinato antigene tumorale sia stato validato, possiamo integrarlo in questo sistema e generare cellule T specifiche per quel bersaglio”.
La piattaforma AlloESO-T si basa sul lavoro di produzione precedentemente svolto dal laboratorio Yang per la sua piattaforma CAR-NKT, una strategia di immunoterapia separata e pronta all’uso.
I ricercatori hanno già stretto una collaborazione con l’UCLA Health Center for Advanced Biotherapies per la produzione di cellule di grado clinico per il programma CAR-NKT. Il team prevede di sfruttare questa collaborazione produttiva già esistente per contribuire all’ampliamento della produzione di AlloESO-T, consentendo potenzialmente alla terapia di progredire verso le sperimentazioni cliniche più rapidamente rispetto a quanto sarebbe possibile se i ricercatori dovessero sviluppare il processo di produzione da zero.
Riferimento: Cell Reports Medicine
Altri autori includono Jiaji Yu, Yu Jeong Kim, Yanxin Tian, Zhe Li, Yuning Chen, Zibai Lyu, Enbo Zhu, Annabel S. Zhao, Nathan Ma, Catherine Zhang, Adam Kramer, Matthew Wilson, Ryan Hon, Yu-Chen Wang, Siyu Lin, Xinyuan Shen, Zoe Hahn, Yuchong Zhang e Aijun Wang.
Le cellule terapeutiche descritte in questo studio sono state valutate solo in esperimenti preclinici. Non sono state testate in studi clinici sull’uomo e non sono state approvate dalla FDA come sicure ed efficaci per l’uso nelle persone.
La ricerca è stata finanziata dal California Institute for Regenerative Medicine, dall’UCLA Molecular Biology Institute, dall’UCLA Office of the Chancellor e dall’UCLA Goodman-Luskin Microbiome Center.