È affidabile usare i parassiti per curare i tumori?

Studi condotti da diversi gruppi di ricerca hanno dimostrato che l'infezione da Toxoplasma può potenziare le risposte immunitarie antitumorali nei topi. È davvero possibile trasformare parassiti unicellulari in farmaci terapeutici sicuri ed efficaci?

Di Annie Melchor

Compilato da Yu Tao (Indiana University School of Medicine)

Sappiamo tutti che il corpo umano è dotato di un sistema immunitario complesso ed efficiente, in grado non solo di resistere all'invasione di agenti patogeni, ma anche di stroncare sul nascere le cellule "cattive". Allo stesso tempo, il corpo umano è dotato di un sistema frenante per il sistema immunitario, chiamato "checkpoint", che può impedire che la risposta immunitaria venga attivata accidentalmente o duri troppo a lungo. Le astute cellule tumorali hanno imparato a "frenare": possono attivare il sistema frenante e inibire l'attacco del sistema immunitario, potendo così diffondersi senza sosta nel corpo del paziente.

Figura 1. La relazione tra il sistema immunitario, le cellule tumorali e il sistema frenante.Adattato da immagini online

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto numerose proteine ​​dei freni presenti sulle cellule immunitarie e hanno sviluppato anticorpi corrispondenti in grado di legarsi a queste proteine ​​e inibire i segnali dei freni. L'iniezione di questi anticorpi nel corpo dei pazienti oncologici può eliminare l'effetto inibitorio delle cellule tumorali sulle cellule immunitarie e riattivare l'attività delle cellule immunitarie, ottenendo così un effetto antitumorale. Si tratta della "terapia di blocco dei checkpoint immunitari tumorali" emersa negli ultimi anni.

Tuttavia, con l'aumentare degli studi clinici condotti, i medici hanno scoperto che la terapia bloccante non ha effetti positivi sui pazienti affetti da alcuni tipi di tumori, ma le ragioni sono sconosciute. Ciò che i medici non si aspettavano era che un parassita nel cervello sembrasse portare un barlume di speranza per la soluzione di questo problema.

Idee folli

Utilizzare i parassiti per combattere il cancro può sembrare pericoloso e folle, ma idee simili circolano da più di un secolo.

Agli inizi del XX secolo, un chirurgo oncologo di New York di nome William Coley fece una scoperta sorprendente mentre leggeva vecchie cartelle cliniche: un paziente con un cancro in fase avanzata, che sarebbe morto sette anni prima, era ancora vivo oggi. Un dato poco appariscente nella cartella clinica catturò la sua attenzione: il paziente era stato infettato da un batterio. In quel momento, una questione così banale non avrebbe affatto attirato l'attenzione del medico. Ma il dottor Coley fece un'ipotesi molto audace: era possibile che questa infezione batterica avesse curato il cancro del paziente?

Iniziò subito gli esperimenti, iniettando batteri vivi o uccisi nei suoi pazienti oncologici. Dopo essere stati infettati dal batterio, alcuni pazienti hanno riscontrato una riduzione del tumore e sono sopravvissuti, ma non tutti sono stati così fortunati. Dopo lunghi esperimenti, il dott. Coley ha finalmente inventato un vaccino contro il cancro contenente batteri inattivati, in grado di indurre una risposta infiammatoria dopo l'iniezione, sufficiente a uccidere le cellule tumorali. Poiché il vaccino contiene batteri uccisi, non presenta alcun rischio di infezione batterica.

Questo batterio inattivato è chiamato "tossina di Coley".

Figura 2. A sinistra: l'infezione causata dalla tossina di Coley ha liquefatto il tumore del paziente nel giro di pochi giorni. A destra: il paziente sulla destra è stato sottoposto a 63 iniezioni prima che il tumore si riducesse. Anche alcuni pazienti oncologici sono morti. Come si può notare, gli effetti della tossina di Coley sono difficili da prevedere. (Fonte dell'immagine: Cancer Research Institute/Proceedings of the Royal Society of Medicine 01/1910/3 (Surg Sect): 1-48)

Col passare del tempo, tuttavia, le tossine di Coley persero il favore dei medici. “Molte persone hanno provato a replicare il lavoro di Coley, ma non ha funzionato molto bene”, afferma Steven Fiering, immunologo dei tumori presso la Geisel School of Medicine di Dartmouth. “La radioterapia ha rapidamente sostituito le tossine di Coley. Ma l’idea generale di combattere il cancro rafforzando il proprio sistema immunitario non è mai stata ignorata.”

Parassiti cerebrali per curare il cancro

Il Toxoplasma gondii è un parassita più piccolo di una cellula che può infettare le cellule ospiti, moltiplicarsi al loro interno e produrre prole. I gatti sono gli unici ospiti finali del Toxoplasma gondii. Il Toxoplasma gondii produce un gran numero di oocisti nel corpo del gatto, che finiscono nel terreno o nell'acqua insieme alle feci del gatto e infettano un gran numero di ospiti. Infatti, il Toxoplasma gondii può infettare quasi tutti gli animali a sangue caldo e persistere a lungo nei muscoli scheletrici e nel cervello degli animali infetti.

Figura 3. È facile contrarre l'infezione da Toxoplasma gondii tramite il contatto con le feci del gatto. Fonte: Internet

Sebbene il Toxoplasma adotti ingegnose strategie di elusione immunitaria quando infetta gli ospiti, può anche scatenare forti risposte immunitarie in determinate fasi del suo ciclo vitale. Nelle fasi iniziali dell'infezione, il Toxoplasma gondii si replica rapidamente sotto forma di "tachizoiti". A questo punto, se l'ospite muore o viene mangiato da un predatore, il Toxoplasma verrà ucciso durante il passaggio nel tratto digerente del predatore e non sarà in grado di infettare un nuovo ospite perché il Toxoplasma non è ancora racchiuso in modo sicuro nella ciste.

Pertanto, per garantire che l'ospite non venga ucciso durante la fase di tachizoite, il Toxoplasma gondii innesca una forte risposta immunitaria nell'ospite nelle fasi iniziali dell'infezione per controllare la propria replicazione e il livello di amplificazione. Nello specifico, dopo aver invaso le cellule, i tachizoiti si moltiplicano rapidamente in gran numero e fuoriescono dalle cellule, causando la morte cellulare e innescando un'infiammazione sistemica e locale. In genere, dopo alcune settimane, i parassiti che sopravvivono all'ondata iniziale di infiammazione si nascondono nelle cellule longeve del muscolo scheletrico o del cervello.

Qui, il Toxoplasma si trasforma in una forma a replicazione lenta, il bradizoite, e costruisce un “muro” di molecole di zucchero per proteggersi dagli attacchi del sistema immunitario dell’ospite (vedere la ciste nella Figura 4). Anche se occasionalmente le cisti piene di parassiti si rompono e causano un'infiammazione locale, la maggior parte dei Toxoplasma gondii trascorre la propria vita in queste cisti. Dopodiché, se un predatore ingerisce il tessuto contenente le cisti, il Toxoplasma può infettare con successo un nuovo ospite.

Figura 4. Diverse morfologie di Toxoplasma gondii. UN. Tachizoiti, b. Rappresentazione schematica della struttura interna dei tachizoiti, c. Cisti, che contengono un gran numero di bradizoiti, simili nella forma ai tachizoiti ma di dimensioni più piccole. Fonte:
https://www.jotscroll.com/forums/11/posts/204/toxoplasma-gondii-life-cycle-parasite-transmission-diagnosis-test.html

La microbiologa Pascale Guiton è un'esperta di Toxoplasma gondii presso la California State University di East Bay. "Circa un terzo della popolazione mondiale potrebbe essere stata infettata dal parassita", ha affermato. "Per la maggior parte delle persone, l'infezione da Toxoplasma tende a non causare sintomi. Tuttavia, per gli individui immunodepressi, le donne incinte e i feti in via di sviluppo, l'infezione da Toxoplasma può essere fatale. Attualmente non esiste un vaccino o un trattamento per la toxoplasmosi cronica."

Dagli anni '60 agli anni '70, gli scienziati scoprirono che l'infezione da Toxoplasma poteva aumentare la resistenza immunitaria dei topi al cancro e a varie infezioni. Nei decenni successivi, si sono accumulate prove del fatto che l'infezione da Toxoplasma potrebbe aiutare nella cura del cancro. Uno studio pubblicato sul Journal for Immuno Therapy of Cancer nel novembre 2021 ha trovato prove più dirette: l'iniezione di Toxoplasma gondii direttamente nei tumori dei topi può promuovere notevolmente l'efficacia della terapia di blocco dei checkpoint immunitari.

Vaccinazione tumorale in situ

Il trattamento con uno stimolante immunitario (ad esempio la tossina di Coley, Toxoplasma gondii) direttamente nel tumore è chiamato vaccinazione in situ. Secondo Filin, le cellule tumorali spesso mettono in atto una serie di strategie di autoprotezione per indebolire la risposta immunitaria antitumorale dell'organismo, e la vaccinazione in situ può riattivare la risposta immunitaria soppressa dal tumore, in modo simile a un adiuvante. Può interrompere l'immunosoppressione locale del tumore e attivare o reclutare più cellule T specifiche per il tumore, che possono non solo uccidere le cellule tumorali locali, ma anche quelle che hanno metastatizzato in altre parti nelle fasi iniziali. In questa fase, solitamente è difficile per i medici rilevare i segni di metastasi tumorale.

Oltre alle tossine di Coley, i medici hanno provato molti altri vaccini in situ, come la Listeria attenuata o le nanoparticelle che incapsulano/trasportano gli antigeni patogeni. Nel 2016, il team di Filin ha scoperto nei modelli murini che le nanoparticelle contenenti il ​​virus del mosaico del pisello inattivato (un agente patogeno delle piante) potevano inibire la crescita di vari tumori, tra cui il cancro ovarico, il cancro del colon e il cancro al seno. Anche il virus oncolico T-Vec, approvato dalla FDA negli ultimi anni, ha mostrato buoni risultati nel trattamento del melanoma avanzato.

Figura 5. Diagramma schematico dell'iniezione del virus oncolico | Fonte:
https://www.drugtargetreview.com/article/76602/developing-an-effect-vaccine-for-breast-cancer/

Il tipo di risposta immunitaria provocata dal T. gondii è unico rispetto a molti altri regimi di vaccinazione in situ. Ecco perché gli scienziati che studiano il cancro continuano a interessarsi al Toxoplasma. "Ogni agente patogeno ha le sue caratteristiche e il nostro corpo produce diversi tipi di risposte immunitarie a diversi agenti patogeni", spiega Christopher Hunter, immunoparassitologo presso l'Università della Pennsylvania. Il meccanismo con cui il sistema immunitario risponde all'infezione intracellulare da Toxoplasma è lo stesso con cui l'organismo combatte alcuni tumori. Ad esempio, entrambi possono innescare forti risposte delle cellule T e indurre citochine come l'interleuchina 12 e l'interferone gamma".

Inoltre, l'utilizzo del Toxoplasma come vaccino in situ per i tumori presenta un enorme vantaggio: può infettare una varietà di cellule e tessuti, non è selettivo in merito ai tipi di tumore e gli scienziati possono testarlo su una varietà di organismi modello.

"Quando il Toxoplasma gondii viene introdotto in un tumore, stimola effettivamente l'immunità antitumorale che ci si aspetterebbe di vedere", afferma David Bzik, immunologo parassitario presso la Geisel School of Medicine di Dartmouth. “Risveglia l’immunità che era stata soppressa dal tumore.”

Le idee diventano realtà

Nel 2010, il laboratorio di Bzik ha eliminato un enzima chiave che sintetizza la pirimidina nel Toxoplasma, creando un tipo di Toxoplasma incapace di replicarsi. Può crescere e replicarsi normalmente in un terreno di coltura arricchito con uracile, ma non può replicarsi negli animali ospiti. Analogamente ai vaccini realizzati con vettori virali non in grado di replicarsi, questo ceppo difettoso può essere utilizzato come vaccino per prevenire l'infezione da Toxoplasma.

Nel 2013, i laboratori Bzik e Filin hanno scoperto congiuntamente che l'iniezione di questo Toxoplasma difettoso in un modello murino di cancro ovarico poteva aumentare significativamente il numero e l'attività delle cellule T infiltranti il ​​tumore. Hanno anche scoperto che se queste cellule T attivate fossero state estratte e iniettate in altri topi affetti da tumore, avrebbero potuto esercitare effetti antitumorali. Altri studi hanno inoltre scoperto che il Toxoplasma difettoso può avere effetti positivi anche sui modelli murini di cancro al pancreas e melanoma.

Il veterinario Hany Elsheikha dell'Università di Nottingham e i suoi collaboratori in Cina hanno ulteriormente confermato le scoperte di Bzik nel loro nuovo articolo. Utilizzando un ceppo di Toxoplasma gondii con replicazione attenuata (diverso dal ceppo di Bizzik) in diversi modelli murini affetti da tumore, hanno scoperto che questo ceppo potrebbe anche promuovere l'invasione delle cellule T citotossiche e delle cellule natural killer nei tumori e aumentare l'efficacia della terapia di blocco dei checkpoint immunitari. Ciò significa che la terapia combinata con un ceppo del batterio con replicazione indebolita e inibitori dei checkpoint immunitari può ridurre i tumori in modo più efficace rispetto all'uso dei soli inibitori. Tuttavia, il trattamento combinato è risultato efficace solo quando venivano utilizzati parassiti vivi e non ha avuto alcun effetto quando venivano utilizzati parassiti uccisi dal calore. Allo stesso tempo, in un modello murino portatore di due tumori, il ceppo replica indebolito è stato iniettato in uno dei tumori e combinato con il trattamento: anche l'altro tumore nel topo è stato significativamente ridotto! Ciò suggerisce che questa terapia potrebbe avere un potenziale terapeutico anche per i tumori con metastasi a distanza.

Bzik ritiene che questa ricerca abbia importanti implicazioni, soprattutto per i pazienti affetti da cancro in fase avanzata. Molti pazienti non vengono diagnosticati finché il cancro non ha già metastatizzato, momento in cui è quasi impossibile rimuovere completamente il tumore. Ma questo studio ci dà una nuova speranza: la terapia combinata può avere effetti terapeutici significativi anche sui tumori distanti, così da poter colpire i tumori metastatici mentre si cura il tumore originale.

Naturalmente le cose non vanno sempre così lisce. Anche l'impiego del Toxoplasma come vaccino antitumorale in situ incontra un enorme ostacolo tecnico.

Poiché i vaccini possono utilizzare solo Toxoplasma vivo e il Toxoplasma può crescere e riprodursi solo all'interno delle cellule ospiti, anche la coltivazione del Toxoplasma in laboratorio si basa sulla coltura cellulare, il che aumenta notevolmente la difficoltà e il costo per ottenere il Toxoplasma. Infatti, dopo lo scongelamento delle cellule fresche in laboratorio, sono necessari diversi giorni di coltura per ottenere un titolo sufficiente di Toxoplasma, cosa non fattibile nelle cliniche generali. "Abbiamo bisogno di qualcosa che possa essere tolto dal congelatore e iniettato direttamente nei pazienti, anziché qualcosa che debba essere rianimato da una coltura cellulare viva ogni pochi giorni", ha affermato Filin, discutendo del potenziale dell'uso del Toxoplasma come immunoterapia con i medici del Dartmouth. "Anche se ciò fosse teoricamente possibile, non sarebbe pratico dal punto di vista clinico."

A parte le sfide tecniche, molti scienziati sono scettici sul fatto che l'iniezione di parassiti vivi (anche ceppi attenuati) nei pazienti, in particolare quelli che rappresentano una potenziale minaccia per i pazienti immunodepressi, possa davvero trovare posto in clinica.

Il toxoplasma come strumento

In realtà, un trattamento a base di Toxoplasma non è mai stato l’obiettivo di El Sheha. "Non lo stiamo promuovendo come una cura", ha affermato. "L'obiettivo della nostra ricerca è comprendere i meccanismi dell'infezione e della risposta immunitaria causata dal Toxoplasma." Per lui il Toxoplasma è più di un semplice agente patogeno: è un potente strumento per comprendere i meccanismi biologici di base. Poiché il Toxoplasma può costringere le cellule bersaglio a modificare la loro normale biologia, si è chiesto se questo potesse essere sfruttato in modo creativo, "che è ciò che stiamo cercando di capire nella nostra ricerca".

Il Toxoplasma ha un altro enorme vantaggio: la sua trattabilità genetica.

La modifica genetica del Toxoplasma gondii ha una lunga storia. A differenza di molti altri organismi modello, è relativamente facile manipolare i geni del Toxoplasma, il che consente a immunologi e microbiologi di utilizzare facilmente il Toxoplasma come strumento per affrontare i problemi del sistema immunitario. Hunter ha scoperto il meccanismo mediante il quale l'interleuchina-27 sopprime la risposta immunitaria durante l'infezione da Toxoplasma; è già in corso una sperimentazione clinica di fase 1 basata sui risultati di questa ricerca. Il team di ricerca spera di riuscire ad alleviare l'immunosoppressione tumorale bloccando l'interleuchina 27 nei tumori solidi in fase avanzata.

Le recenti ricerche di El Sheha potrebbero rivelarci quale tipo di risposta immunitaria è necessaria per combattere i tumori. Da qui in poi, i ricercatori dovranno capire come stimolare tale risposta immunitaria nei tumori senza utilizzare il Toxoplasma vivo.

Lo studio attuale ha inoltre individuato un indizio importante: i parassiti morti non provocano la stessa reazione. Ciò significa che è possibile che una proteina secreta dal Toxoplasma gondii vivo migliori la risposta immunitaria antitumorale, mentre la proteina costitutiva sulla sua superficie non ha tale funzione. Se riusciremo a identificare questa proteina secreta, saremo vicini al nostro obiettivo.

Inoltre, dal punto di vista della biologia del cancro, è fondamentale comprendere in che modo l'infezione promuove la terapia di blocco dei checkpoint immunitari. "Tutti gli attuali trattamenti approvati dalla FDA utilizzano inibitori dei checkpoint immunitari", ha affermato Bzik. "Ma scienziati e clinici non sanno perché alcuni pazienti, o la maggior parte dei pazienti, o in alcuni tipi di cancro, non rispondano altrettanto bene al blocco dei checkpoint immunitari. Se i ricercatori riuscissero a capire come l'infezione supera l'immunosoppressione del tumore, potrebbero trovare modi per migliorare i risultati del trattamento".

Guiton ha aggiunto: "L'uso dei parassiti per curare le malattie non è una cosa inaudita, ma al momento non possiamo utilizzarlo ampiamente perché non comprendiamo abbastanza bene la biologia dei parassiti. Ciò è dovuto in parte all'insufficienza dei finanziamenti governativi per la ricerca di base sulla parassitologia, soprattutto nei paesi meno colpiti dai parassiti. Se vogliamo aiutare le persone esplorando questi parassiti, ad esempio curando più pazienti affetti da cancro, dobbiamo davvero studiarli in modo approfondito".

La traduzione di questo articolo è autorizzata da TheScientist.com. Il titolo originale è Turning Toxoplasma Against Cancer e le immagini sono state aggiunte dal traduttore. Per il testo originale, cliccare su “Leggi il testo originale” alla fine dell’articolo.

Suggerimenti speciali

1. Vai alla "Colonna in evidenza" nella parte inferiore del menu dell'account pubblico WeChat "Fanpu" per leggere una serie di articoli di divulgazione scientifica su diversi argomenti.

2. "Fanpu" offre la funzione di ricerca degli articoli per mese. Segui l'account ufficiale e rispondi con l'anno + mese a quattro cifre, ad esempio "1903", per ottenere l'indice degli articoli di marzo 2019 e così via.

Dichiarazione di copyright: i privati ​​cittadini sono invitati a inoltrare questo articolo, ma nessun media o organizzazione è autorizzato a ristamparlo o estrarlo senza autorizzazione. Per l'autorizzazione alla riproduzione, contattare il backstage dell'account pubblico WeChat "Fanpu".