Gli ingegneri dell’Università della California a San Diego hanno sviluppato un vaccino sperimentale che potrebbe prevenire la diffusione del cancro metastatico ai polmoni.
Un modello di polmoni umani – foto illustrativa. Un nuovo vaccino con nanoparticelle potrebbe frenare le metastasi del cancro ai polmoni. Credito immagine: Robina Weermeijer tramite Unsplash, licenza gratuita
Gli ingredienti chiave del vaccino sono nanoparticelle, ricavate da virus batterici, progettate per colpire una proteina nota per svolgere un ruolo centrale nella crescita e nella diffusione del cancro.
Nei topi, il vaccino ha ridotto significativamente la diffusione dei tumori metastatici al seno e alla pelle ai polmoni. Ha inoltre migliorato il tasso di sopravvivenza nei topi con cancro al seno metastatico dopo la rimozione chirurgica del tumore primario.
Illustrazione dei polmoni costituiti da sequenze di DNA. Una lente d’ingrandimento si libra su una porzione di una sequenza di DNA che mostra un cambiamento mutazionale. Credito immagine: National Cancer Institute
I risultati sono stati pubblicati in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
La metastasi è un processo che comporta la migrazione delle cellule tumorali dal loro sito primario ad altre parti del corpo. Studi recenti hanno identificato la S100A9, una proteina tipicamente rilasciata dalle cellule immunitarie, come un attore chiave in questo processo. Il suo ruolo normale è quello di regolare l’infiammazione.
Tuttavia, un eccesso di S100A9 può attrarre le cellule tumorali come una calamita, inducendole a formare tumori aggressivi e facilitandone la diffusione ad altri organi, come i polmoni.
Un team guidato da Nicole Steinmetz, professoressa di nanoingegneria presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego, ha sviluppato un candidato vaccino in grado di modulare i livelli di S100A9 quando va in tilt.
Quando iniettato per via sottocutanea, il vaccino ha stimolato il sistema immunitario dei topi a produrre anticorpi contro S100A9, riducendo efficacemente i livelli proteici e minimizzando le metastasi del cancro ai polmoni. Il vaccino ha inoltre aumentato l’espressione delle proteine immunostimolanti con proprietà antitumorali, diminuendo al tempo stesso i livelli delle proteine immunosoppressori.
Esecuzione di un esame del sangue. Credito immagine: foto CC0 di pubblico dominio tramite Rawpixel
“S100A9 è noto per formare quella che viene chiamata nicchia premetastatica all’interno dei polmoni, creando un ambiente immunosoppressivo che consente l’inseminazione e la crescita del tumore”, ha detto il primo autore dello studio Young Hun (Eric) Chung, un dottorato di ricerca in bioingegneria dell’UC di San Diego. alunno del laboratorio di Steinmetz.
“Riducendo i livelli di S100A9, possiamo contrastare efficacemente la formazione di questa nicchia premetastatica, portando a una ridotta attrazione e a un aumento della clearance delle cellule tumorali nei polmoni”.
“Si tratta di un approccio nuovo e intelligente alla vaccinazione in quanto non prendiamo di mira le cellule tumorali, ma piuttosto il microambiente tumorale in modo che impedisca al tumore primario di produrre nuovi tumori”, ha affermato Steinmetz, direttore fondatore della UC San Diego. Centro di Nano-Immunoingegneria e co-responsabile dell’università Centro di scienza e ingegneria della ricerca sui materiali (MRSEC).
“Stiamo essenzialmente cambiando l’intero sistema immunitario per renderlo più antitumorale”.
Come funziona
Il vaccino è costituito da nanoparticelle costituite da un virus batterico chiamato Q beta. Le nanoparticelle sono state coltivate da Escherichia coli batteri e isolati. Successivamente, un pezzo della proteina S100A9 è stato attaccato alla superficie.
Il funzionamento è che le nanoparticelle del virus Q beta fungono da esca per il sistema immunitario. Questo virus è innocuo per gli animali e gli esseri umani, ma le cellule immunitarie lo riconoscono come estraneo e si scatenano all’attacco alla ricerca di un agente patogeno. Quando le cellule immunitarie vedono che le nanoparticelle del virus mostrano un pezzo della proteina S100A9, producono anticorpi per inseguire quella proteina.
Un vantaggio dell’utilizzo degli anticorpi, ha osservato Steinmetz, è che aiutano a tenere sotto controllo i livelli della proteina bersaglio.
“Con questa forma di immunoterapia, non necessariamente eliminiamo tutte le proteine, ma ne stiamo riducendo i livelli ovunque”, ha affermato Steinmetz.
Testare il candidato vaccino
Il vaccino è stato testato su modelli murini metastatici di melanoma e cancro al seno triplo negativo, un tipo di cancro aggressivo e difficile da trattare. Ai topi sani è stato prima somministrato il vaccino, quindi sono stati infettati melanoma o cellule di cancro al seno triplo negativo tramite iniezione endovenosa.
I topi vaccinati hanno mostrato una significativa riduzione della crescita del tumore polmonare rispetto ai topi non vaccinati. Nei topi non vaccinati, le cellule tumorali iniettate circolavano in tutto il corpo e alla fine si insediavano nei polmoni per formare tumori metastatici.
I ricercatori sottolineano che questa strategia vaccinale combatte la diffusione del tumore, non il tumore primario stesso.
“Sebbene S100A9 venga sovraespresso in alcuni tumori primari, è indicato principalmente nella malattia metastatica e nella progressione”, ha affermato Chung. “La proteina è coinvolta nella formazione di microambienti tumorali immunosoppressori. Pertanto, abbiamo scoperto che il nostro vaccino è molto più efficace nel ridurre le metastasi e non nel ridurre la crescita dei tumori primari”.
Un’altra serie di esperimenti ha dimostrato il potenziale del vaccino nell’offrire protezione contro le metastasi del cancro dopo la rimozione chirurgica del tumore primario. I topi con tumore al seno triplo negativo che hanno ricevuto il vaccino dopo l’intervento chirurgico hanno dimostrato un tasso di sopravvivenza dell’80%, mentre il 30% dei topi non vaccinati è sopravvissuto dopo l’intervento.
“Questi risultati sono i più rilevanti dal punto di vista clinico, poiché modellano da vicino ciò che potrebbe accadere in scenari di vita reale”, ha affermato Steinmetz.
“Ad esempio, un paziente con diagnosi di cancro aggressivo che si sottopone a un intervento chirurgico per rimuovere il tumore può essere a rischio di recidiva e metastasi ai polmoni. Prevediamo che questo vaccino possa essere somministrato dopo l’intervento chirurgico per prevenire tale recidiva e la crescita della malattia metastatica”.
Prossimi passi
Prima che il vaccino possa passare alla sperimentazione umana, sono necessari studi sulla sicurezza più completi.
“S100A9 è una proteina endogena all’interno dei polmoni e non ci sono molti dati disponibili che dimostrino cosa succede quando S100A9 viene abolito”, ha affermato Chung.
“Sappiamo che l’S100A9 è importante nell’eliminazione degli agenti patogeni e gli studi futuri dovrebbero verificare meglio se la riduzione dei livelli di S100A9 diminuisce la capacità del paziente di combattere le infezioni, soprattutto nei pazienti affetti da cancro che potrebbero avere un sistema immunitario indebolito”.
Il lavoro futuro esplorerà anche l’efficacia del vaccino se combinato con altre terapie antitumorali, con l’obiettivo di migliorarne l’efficacia contro i tumori difficili da trattare.
Carta: “I vaccini virali con nanoparticelle contro S100A9 riducono la semina e le metastasi del tumore polmonare.” I coautori includono Oscar A. Ortega-Rivera, Britney A. Volckaert, Eunkyeong Jung e Zhongchao Zhao, UC San Diego.
Questo lavoro è stato sostenuto in parte dal National Institutes of Health (R01-CA224605).
Divulgazione: Nicole Steinmetz è una co-fondatrice di, possiede partecipazioni e ha un interesse finanziario con Mosaic ImmunoEngineering Inc. Steinmetz ricopre il ruolo di direttore, membro del consiglio, direttore scientifico ad interim e consulente retribuito di Mosaic. Steinmetz, il giovane Hun Chung e Oscar. A. Ortega-Rivera hanno un brevetto depositato in relazione al lavoro presentato. Gli altri autori non dichiarano alcun potenziale conflitto di interessi.
Fonte: UCSD
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