Gli scienziati della Johns Hopkins Medicine affermano di aver sviluppato una versione semplificata di nanoparticelle biodegradabili in grado di “educare” il sistema immunitario a individuare e distruggere le cellule patogene in tutto il corpo.
Lo studio, affermano, rappresenta un progresso nel campo dell’ingegneria genetica delle cellule immunitarie all’interno del corpo del paziente per combattere tumori e malattie autoimmuni, tra cui il lupus.
Le cellule immunitarie ingegnerizzate sono state utilizzate con successo per trattare una serie di tumori del sangue, utilizzando le cellule CAR-T, o cellule T con recettori antigenici chimerici.
Il trattamento funziona prelevando le cellule immunitarie T dal sangue del paziente e ingegnerizzandole in laboratorio affinché indossino sulla loro superficie un rivestimento di recettori che riconoscono e uccidono le cellule tumorali. Tuttavia, i ricercatori affermano che il processo per rimuovere le cellule del sangue dei pazienti e ingegnerizzarle individualmente all’esterno del corpo è costoso e inefficiente.
Stimolare le cellule T immunitarie
Nel rapporto sui nuovi studi, finanziato dai National Institutes of Health e pubblicato sulla rivista Science Advances, i ricercatori affermano che le loro nanoparticelle sono state progettate per raggiungere e stimolare le cellule T immunitarie che combattono le malattie. Queste, a loro volta, cercano e distruggono altre cellule del sistema immunitario chiamate cellule B, fonte di malattie come il lupus e tumori del sangue, tra cui leucemia e linfoma.
I ricercatori descrivono le loro nanoparticelle come composte da polimeri, ovvero catene di molecole chiamate unità estere che si biodegradano in acqua. La superficie delle nanoparticelle è decorata con due componenti principali: molecole di anticorpi antiCD3 e antiCD28 che aiutano le nanoparticelle a trovare e stimolare le cellule T.
Altri ricercatori hanno recentemente sviluppato nanoparticelle a base lipidica con cinque componenti. Le nanoparticelle della Johns Hopkins hanno un design più semplice che richiede solo tre componenti. Le nanoparticelle contengono un carico di materiale genetico chiamato mRNA, codici molecolari che istruiscono le cellule T a esprimere recettori sulla loro superficie che rilevano le cellule B che causano il cancro e il lupus.
Nanoparticelle polimeriche
L’attuale studio JHM mostra che 24 ore dopo l’iniezione delle nanoparticelle in topi sani, il 95% delle cellule B bersaglio era esaurito nel sangue circolante e circa il 50% delle cellule B era stato distrutto nella milza in tutti i topi.
Dopo una settimana, le cellule B nel sangue sono tornate a circa il 50% della loro quantità originale. “Questi esperimenti hanno avuto successo utilizzando una sola dose di nanoparticelle e un vantaggio dell’utilizzo di una terapia pronta all’uso è la possibilità di una produzione scalabile e di un’ampia accessibilità, mentre le attuali forme di terapie CAR-T sono molto costose e richiedono molto tempo”, afferma Jordan Green, Professore di Ingegneria Biomedica Herschel L. Seder presso la Johns Hopkins University School of Medicine.
Ci sono voluti cinque anni per raggiungere questo risultato, afferma Green, un ingegnere biomedico che ha collaborato con l’esperto di immunologia Jonathan Schneck, per sviluppare le nanoparticelle utilizzate per l’attuale studio. Hanno unito il lavoro di Schneck sullo sviluppo di cellule immunitarie artificiali che stimolano altre cellule immunitarie e la ricerca di Green sulle nanoparticelle polimeriche.
Un funzionamento graduale
Progettare nanoparticelle in grado di raggiungere i linfociti T attraverso il sangue e gli organi è più difficile che trasportarle direttamente in un sito localizzato, come l’occhio, afferma Green. Quando le nanoparticelle raggiungono i linfociti T, tendono a resistere all’assorbimento, ma, anche se vengono internalizzate, le cellule spesso le masticano e le sputano fuori, afferma Green. “Questo ha senso, perché se i linfociti T internalizzano facilmente sostanze come i virus, la programmazione virale prenderebbe il sopravvento sul sistema immunitario, come accade con l’HIV”, afferma Green.
Green afferma inoltre che le nanoparticelle funzionano in modo graduale, proprio come i razzi che viaggiano nello spazio procedono per fasi: decollano, attivano i booster, li staccano e infine consegnano il carico. Nel caso delle nanoparticelle, gli scienziati hanno progettato delle navicelle per lo spazio profondo per cercare i linfociti T, stimolarli ad attivarsi e moltiplicarsi, attraversare la parete cellulare fino a raggiungere i linfociti T e quindi degradarsi per consegnare un carico di mRNA.
Una miscela di due molecole
Gli scienziati hanno creato una miscela combinata di due molecole (antiCD3 e antiCD28) che aiutano le nanoparticelle a trovare e agganciarsi ai linfociti T. Hanno scoperto che le nanoparticelle degradabili funzionavano altrettanto bene delle sfere magnetiche commerciali progettate per agganciarsi ai linfociti T per scopi di ricerca in laboratorio, ma erano anche in grado di penetrare nei linfociti T per riprogettarli dall’interno verso l’esterno.
In uno studio precedente, Green e i suoi colleghi hanno scoperto che circa il 10% delle nanoparticelle sviluppate dalla Johns Hopkins sfugge con successo ai compartimenti di degradazione della cellula per rilasciare il suo sensibile carico genetico, rispetto all’1-2% di altre nanoparticelle che vengono immediatamente degradate ed espulse dalla cellula.
Nello studio attuale, gli scienziati hanno osservato che le nanoparticelle si degradano e rilasciano il loro contenuto di mRNA entro poche ore nei topi.
I ricercatori affermano che il team di ricerca della Johns Hopkins mira a continuare a perfezionare le nanoparticelle, adattandole meglio alle cellule B malate e consentendo di aumentare o diminuire la quantità di stimolazione delle cellule T.
