Una dose di scienza | I guerrieri delle cellule CAR-T che superano tutti gli ostacoli possono anche riparare il tuo cuore sempre più indurito?

In una terapia antitumorale all'avanguardia, chiamata terapia cellulare CAR-T, alcune cellule immunitarie del paziente vengono estratte e modificate in modo che esprimano un recettore "CAR" che consente alle cellule di agganciarsi alle cellule tumorali e distruggerle. Utilizzando un nuovo metodo sviluppato sui topi, i ricercatori possono ora creare cellule CAR-T in vivo senza doverle estrarre e reinfondere, per poi utilizzarle per curare una malattia completamente diversa dal cancro.

Nei topi, le cellule CAR-T generate hanno preso di mira un tipo di cellule deputate alla guarigione delle ferite, chiamate fibroblasti, riducendo così la formazione di tessuto cicatriziale nel cuore. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science.

Copertina di carta

01: Trovare una nuova strada

Poiché il cuore non è in grado di rigenerare le cellule perse, dopo un infarto o un altro danno cardiaco i fibroblasti cardiaci formano una cicatrice fondamentale per il mantenimento della struttura del cuore e della sua capacità di pompare il sangue. Tuttavia, anche una cicatrizzazione fibrotica eccessiva può irrigidire il cuore e comprometterne la funzionalità. Questa cicatrizzazione è caratteristica della maggior parte delle malattie cardiache e può portare alla perdita della funzionalità cardiaca e, in ultima analisi, all'insufficienza cardiaca, la forma finale di una malattia cardiaca che uccide 800.000 persone ogni anno.

La terapia con cellule T recettoriali antigeniche chimeriche (CAR-T) è un nuovo approccio al trattamento del cancro. I ricercatori hanno estratto le cellule T del paziente e le hanno modificate affinché presentassero recettori che riconoscono specifici antigeni complementari sulle cellule tumorali. Queste cellule T vengono poi reinfuse nel paziente per individuare e uccidere le cellule tumorali. Dal 2017, le cellule CAR-T sono state approvate come farmaci terapeutici per alcune leucemie e linfomi e sono attualmente in corso numerose sperimentazioni cliniche per tumori solidi.

Le precedenti applicazioni cliniche hanno ripetutamente dimostrato che la terapia con cellule CAR-T può uccidere in modo efficace e accurato le cellule tumorali

Haig Aghajanian dell'Università della Pennsylvania ha ipotizzato che se è possibile modificare geneticamente le cellule T per uccidere determinate cellule tumorali, esse dovrebbero essere anche in grado di attaccare le cellule che causano l'irrigidimento e la perdita di funzionalità del cuore. "Se riusciamo a eliminare i fibroblasti in un cuore rigido, forse possiamo far sì che il cuore rigido pompi meglio", ha affermato Haig.

Haig e Jonathan Epstein sono stati i primi a utilizzare metodi tradizionali per progettare in vitro cellule CAR-T che prendessero di mira la proteina di attivazione dei fibroblasti (FAP), un antigene di superficie dei fibroblasti attivati. I risultati hanno dimostrato che nei topi con danni cardiaci, le cellule CAR-T hanno preso di mira e ucciso con successo i fibroblasti attivati, riducendo la fibrosi cardiaca.

Diagramma schematico dell'esperimento delle cellule FAPCAR-T che prendono di mira i fibroblasti cardiaci

Sezioni coronali dei cuori di tre gruppi di topi. La fibrosi è macchiata di rosso

Tuttavia, le cellule CAR-T modificate in vitro persistono per diversi mesi dopo essere state trasferite ai pazienti. La guarigione delle ferite richiede fibroblasti attivati, quindi "se le cellule CAR-T che prendono di mira i fibroblasti persistono, aumenta il rischio di lesioni future", ha affermato il biologo molecolare Hamideh Parhiz.

02: Metti via il coltello al momento giusto

Per produrre cellule CAR-T attive solo per un breve periodo nell'organismo, Haig e Jonathan hanno collaborato con Drew Weissman, specializzato nella ricerca sulla somministrazione mirata di nanofarmaci, e hanno utilizzato la tecnologia mRNA, già utilizzata con successo nel nuovo vaccino contro il coronavirus.

L'mRNA iniettato ha permesso alle cellule T nei topi di produrre i propri recettori antigenici chimerici (CAR) che prendevano di mira la FAP sui fibroblasti. Similmente ai vaccini anti-COVID-19 basati su mRNA, l'mRNA è incapsulato in nanoparticelle lipidiche. I ricercatori hanno indirizzato queste nanoparticelle verso i linfociti T decorandoli con anticorpi contro CD5, un recettore espresso naturalmente dai linfociti T. Le cellule T assorbono l'mRNA e lo traducono in FAPCAR, ma poiché l'mRNA è instabile, la produzione di FAPCAR è solo temporanea. "Circa 24-48 ore dopo l'iniezione (di nanoparticelle lipidiche), abbiamo potuto trovare dal 15% al ​​22% di cellule T FAPCAR-positive nei topi... Poi il livello è gradualmente diminuito e una settimana dopo l'iniezione, non è stata trovata alcuna espressione del recettore FAPCAR."

Per testare l'efficacia delle cellule CAR-T prodotte in vivo, i ricercatori hanno iniettato nei topi angiotensina II e fenilefrina per indurre un aumento della pressione sanguigna. Una settimana dopo lo sviluppo della fibrosi, il team ha iniettato nei topi nanoparticelle lipidiche contenenti mRNA. Quando i topi sono stati valutati tramite ecocardiografia due settimane dopo, hanno mostrato un miglioramento della funzionalità cardiaca rispetto a un gruppo di controllo di topi affetti da fibrosi cardiaca ma non trattati con cellule CAR-T. I ricercatori hanno esaminato il tessuto cardiaco dei topi e hanno scoperto che il tessuto cicatriziale nei ventricoli era ridotto e che il gruppo trattato con CAR-T era quasi indistinguibile dal gruppo di controllo sano. Persiste solo il tessuto cicatriziale attorno ai vasi sanguigni, perché i fibroblasti che causano questa fibrosi vascolare non esprimono FAP, il bersaglio di questa cellula CAR-T.

Fibrosi cardiaca del topo per tre settimane e varie funzioni cardiache sono state analizzate dopo due settimane di trattamento

Ecocardiografia M-mode dei topi dopo la combinazione

"L'utilizzo di questo approccio per colpire e riprogrammare le cellule immunitarie rappresenta un'applicazione innovativa nella medicina cardiovascolare e apre interessanti opportunità per lo sviluppo di nuove terapie", hanno affermato Ronald Vagnozzi e Timothy McKinsey, ricercatori sul cuore presso l'Università del Colorado.

03: Prospettive dell'applicazione

Il biologo molecolare Jeffery Molkentin ha affermato che questo metodo è "rivoluzionario perché è un modo completamente nuovo di pensare alle applicazioni terapeutiche, reindirizzando le cellule T per controllare il numero di altre cellule anomale. Ovviamente, la tecnologia CAR-T ha una grande importanza per il trattamento del cancro, ma è solo un'introduzione".

Hamid ha fondato un'azienda per sviluppare una piattaforma per la riprogrammazione delle cellule immunitarie, con l'obiettivo di sviluppare terapie con cellule CAR T già esistenti, senza doverle adattare ai singoli pazienti. Nel lungo termine, afferma Hamid, l'mRNA potrebbe essere utilizzato anche per riprogrammare altri tipi di cellule per applicazioni più ampie. Ad esempio, l'mRNA può essere utilizzato per riprogrammare le cellule endoteliali, che possono essere utilizzate per curare lesioni come la sindrome da distress respiratorio acuto, una malattia polmonare pericolosa per la vita che può essere causata da traumi, COVID-19, ecc.

Per quanto riguarda l'uso delle cellule CAR-T per curare le malattie cardiache, Jeffrey ha avvertito che "non è chiaro se gli studi sui topi saranno sufficienti a fornirci informazioni sulle conseguenze a lungo termine dell'uso di FAPCAR-T in ambito umano", compresi i potenziali effetti off-target delle cellule CAR, che potrebbero richiedere ulteriori sperimentazioni cliniche. Ronald e Timothy hanno sottolineato che in questo studio la terapia con cellule CAR-T è stata utilizzata nella fase iniziale del processo della malattia. “Sarà importante vedere se questo approccio può essere utilizzato per trattare i cuori con cicatrici gravi e stabili o altre malattie cardiache in cui la fibrosi potrebbe essere persistita per anni prima del trattamento”. Una domanda, notano, è in che modo la rimozione specifica dei fibroblasti dal cuore potrebbe alterare il tessuto cicatriziale e la funzionalità cardiaca, poiché "anche lievi cambiamenti nella matrice extracellulare possono avere effetti importanti sul modo in cui il cuore si contrae e si rilassa.

Tuttavia, Jeffrey ha sottolineato che questo approccio deve essere "il primo nel suo genere", consentendo l'uso delle cellule CAR-T per il trattamento temporaneo. "Nel breve termine, funzionerà ancora come un farmaco. Gli effetti che produrrà non saranno irreversibili, ma potrà essere utilizzato più volte."

Si può prevedere che, una volta "potato" dalla tecnologia CAR-T, combinato con l'effetto rigenerativo delle cellule staminali sulle cellule miocardiche, potrebbe avere un grande valore medico nel trattamento delle malattie cardiache. In ogni caso, è probabile che almeno l'impatto di questa "rivoluzione immunitaria" che coinvolge la tecnologia delle cellule CAR-T vada oltre l'oncologia e interessi una delle malattie con i più alti tassi di morbilità e mortalità negli esseri umani: le malattie cardiache. Ciò è sufficiente a scuotere il panorama medico.

Riferimenti:

[1] Rurik JG, Tombácz I, Yadegari A, et al. Cellule CAR T prodotte in vivo per trattare i danni cardiaci[J]. Scienza, 2022, 375(6576): 91-96.

[2] Aghajanian H, Kimura T, Rurik JG, et al. Prendere di mira la fibrosi cardiaca con le cellule T ingegnerizzate[J]. Natura, 2019, 573(7774): 430-433.

[3] Ghosh AK, Chen DH, Guha A, et al. Risultati cardiovascolari e gestione correlati alla terapia con cellule CAR T: malattia sistemica o cardiotossicità diretta?[J]. JACC: CardioOncologia, 2020, 2(1): 97-109.

Layout: Cella energetica originale-EAIS

Compilato da: Original Energy Cell-EAIS

Produttore: Julie di Primal Cell