Un particolare idrogel per una nuova immunoterapia

Immunoterapia

Tra le strategie per il trattamento del cancro, oltre alle ormai note chemioterapia e radioterapia, si sta facendo strada l’immunoterapia. Si tratta di una nuova frontiera nel trattamento del cancro che va ad agire sul sistema immunitario dei pazienti, andando a trattare il cancro come se fosse un’infezione.

Le cellule tumorali, spesso, creano un particolare microambiente tumorale che elude la risposta immunitaria. Per questo motivo, numerosi studi mirano ad un tipo di terapia in grado di ripristinare il ruolo del sistema immunitario. Esempi di immunoterapia sono le CAR-T, linfociti T che esprimono recettori chimerici per antigeni tumorali, o anche cellule T modificate geneticamente a livello dei recettori (TCR). In entrambi i casi lo scopo è quello di riconoscere ed eliminare, in maniera più efficace, le cellule tumorali.

Seppur nella teoria sembri essere una terapia molto efficiente, da un punto di vista pratico risulta troppo impegnativa. Infatti, le cellule T modificate sono difficili da produrre, manipolare e controllare.

Il ruolo degli organi linfoidi secondari nella risposta immunitaria

Una problematica che si riscontra nell’immunoterapia è relativa al fatto che non vengono considerati gli organi linfoidi secondari, quali i linfonodi, importantissimi nella risposta immunitaria. Infatti, è proprio a livello di questi organi che avviene il riconoscimento tra linfociti T e cellule presentanti l’antigene (APC), per mezzo della citochina CCL21. Questa citochina è qui situata, grazie al legame con l’eparan solfato, un glicosaminoglicano (GAG) della matrice extracellulare (ECM). La sua funzione è quella di favorire il contatto tra i linfociti T naïve e le APC per mezzo del recettore delle chemochine CCR7. Questo legame favorisce la proliferazione dei linfociti T CD4+ e CD8+, nonché la loro migrazione.

Un’immunoterapia basata sull’idrogel

Sulla base del meccanismo sopra descritto, un team di ricercatori dello Spanish National Research Council (CSIC), ha creato degli idrogel in grado di mimare quello che avviene nei linfonodi.

Gli idrogel (Figura 1) sono strutture tridimensionali utilizzate per ricreare la matrice extracellulare in cui avviene la naturale proliferazione delle cellule. A seconda delle proteine e dei fattori di crescita presenti a livello di queste strutture si possono avere differenti risposte cellulari.

idrogel
Figura 1 – Esempio di idrogel. [Credits: Eduardo Pérez del Rìo et al.]

In questo caso, i ricercatori hanno creato degli idrogel di glicole polietilenico (PEG). Questi sono largamente studiati e utilizzati poiché si tratta di materiali inerti (grazie al loro carattere idrofilico) che non legano proteine in maniera aspecifica e permettono una elevata vitalità cellulare. Per mimare la matrice extracellulare, in particolare il legame tra eparan solfato e citochina CCL21, è utilizzata l’eparina (comune anticoagulante).

Creazione dell’idrogel

Gli idrogel sono stati creati seguendo dei protocolli già precedentemente utilizzati per altri studi. In particolare, ne sono stati creati tre, che differiscono per le percentuali in peso di PEG: 6%, 4% e 3%. Dopo aver stabilizzato i tre idrogel, questi sono stati analizzati al microscopio elettronico a scansione (SEM), per valutare la dimensione dei pori e il grado di porosità (Figura 2).

Nell'immagine è possibile visualizzare i tre idrogel, di cui si analizza il diametro dei pori. Nel caso del gel al 3% di PEG si visualizza la porosità e la proliferazione di linfociti T.
IFigura 2 – A) Nella parte in alto della figura si possono visualizzare i tre idrogel (6% PEG, 4% PEG, 3% PEG) visti al microscopio elettronico a scansione (SEM), mentre, nella parte in basso, sono indicati i differenti diametri dei pori. B) Microtomografia a raggi X per valutare la porosità dell’idrogel al 3% di PEG. C) Proliferazione dei linfociti T su idrogel al 3% di PEG dopo 5 giorni di incubazione. [Credits: Eduardo Pérez del Rìo et al.]

Per il gel al 6% abbiamo una dimensione di 20µm con un intervallo di porosità di 5-50µm, per il gel al 4% abbiamo una dimensione di 40µm e una porosità tra 20-75µm, per il gel al 3% abbiamo una dimensione di 55µm e un intervallo di porosità di 25-105µm. Da ciò si evince come minore è la quantità di PEG, maggiore sarà la porosità. Per la formazione della sinapsi immunologica tra linfociti T e APC e la successiva proliferazione e migrazione, è necessario utilizzare un idrogel con PEG al 3%, poiché le dimensioni dei pori sembrano essere quelle ottimali per permettere il processo.

Proliferazione dei linfociti T

Per valutare l’efficacia di questi idrogel nella proliferazione e migrazione cellulare, gli studiosi hanno utilizzato linfociti T CD4+ da donatori adulti sani (Figura 3). Questi sono stati messi in coltura sia su idrogel con PEG al 3%, sia in sospensione. Quello che si è visto, dopo 5 giorni, è un aumento significativo della proliferazione di linfociti T, ma soprattutto una maggiore vitalità di questi su idrogel rispetto alla coltura in sospensione. In particolare, tra questi sono stati ottenuti linfociti T con differente fenotipo: linfociti T naïve (TN), linfociti T di memoria centrale (TCM) e linfociti T di memoria effettrice (TEM), questi ultimi con valori significativamente maggiori nella coltura su idrogel.

Protocollo semplificato per la proliferazione e la differenziazione delle cellule su idrogel.
Figura 3 – Nell’immagine è presentata una semplificazione del protocollo utilizzato per la proliferazione di cellule su idrogel. Le cellule sono state prelevate da donatori adulti sani e messe in coltura su idrogel. In seguito alla proliferazione e alla differenziazione si dovrebbe avere l’infusione delle cellule nei pazienti (step non ancora effettuato). [Credits: Eduardo Pérez del Rìo et al.]

Prospettive future per l’immunoterapia

I risultati ottenuti in questo studio mostrano come effettivamente l’utilizzo di questi idrogel sembri molto promettente. Ovviamente sono necessari ulteriori studi, che potrebbero anche portare all’utilizzo di ulteriori molecole, al posto della citochina CCL21, come CCL19 o ICAM-1.

Inoltre questi idrogel sembrano essere compatibili con sistemi di perfusione e bioreattori clinici, che permettono di ottenere un’espansione più efficiente dei linfociti T. In questo modo si potrà passare alla fase clinica, e chissà che in un prossimo futuro non diventi a tutti gli effetti una immunoterapia.

Emanuela Pasculli (18 settembre 2020, ore 17.00)

Fonti

Crediti immagini

Lascia un commento