Los científicos están utilizando su creciente conocimiento de la interacción compleja entre el cáncer y el sistema inmune para diseñar vacunas contra el cáncer cada vez más potentes. Ahora los investigadores del Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería NIBIB han desarrollado una nanovacuna sinérgica que empaqueta ADN y ARNsecuencias que modulan la respuesta inmune, junto con antígenos antitumorales, en una pequeña nanopartícula. La nanovacuna produjo una respuesta inmune que mató específicamente el tejido tumoral, al tiempo que inhibió simultáneamente la supresión inmune inducida por el tumor. Juntos, esto bloqueó el crecimiento del tumor pulmonar en un modelo de ratónde cáncer de colon metastásico.
La danza molecular entre el cáncer y el sistema inmune es compleja y los científicos continúan identificando las vías moleculares específicas que aceleran o reducen el sistema inmune. Los ingenieros biomédicos están utilizando este conocimiento para crear nanopartículas que pueden transportar diferentes agentes moleculares queapunte a estas vías. El objetivo es estimular simultáneamente el sistema inmune para atacar específicamente el tumor al tiempo que inhibe la supresión del sistema inmune, que a menudo ocurre en pacientes con cáncer. El objetivo es presionar el pedal del sistema inmune al mismo tiemposoltando el freno de emergencia.
Un obstáculo clave es diseñar un sistema para crear de manera reproducible y eficiente una nanopartícula cargada con múltiples agentes que se sinergicen para montar un ataque inmune mejorado contra el tumor. Los ingenieros de NIBIB informan el desarrollo y las pruebas de dicha nanovacuna en la edición de noviembrede Comunicaciones de la naturaleza.
Hacer que todas las partes encajen
Guizhi Zhu, Ph.D., becario postdoctoral en el Laboratorio de Imagen Molecular y Nanomedicina de NIBIB LOMIN y autor principal del estudio, explica el desafío. "Estamos muy entusiasmados por poner múltiples moléculas cooperantes que tienenactividad anticancerígena en una nanovacuna para aumentar la efectividad. Sin embargo, el desafío de la bioingeniería es adaptar todo a una pequeña partícula y diseñar una forma de mantener su integridad estructural y actividad biológica ".
Zhu y sus colegas han creado lo que ellos llaman una "nanocápsula de ADN-ARN entrelazada y autoensamblada cargada de neoantígenos tumorales". La describen como una vacuna sinérgica porque los componentes trabajan juntos para estimular y mejorar un ataque inmune contra un tumor.
Se sabe que el componente de ADN de la vacuna estimula las células inmunes para que trabajen con las células inmunes asociadas para la activación antitumoral. Los neoantígenos tumorales son fragmentos de proteínas que solo están presentes en el tumor; por lo tanto, cuando el ADN atrae a las células inmunes, ellas células inmunes interactúan con los neoantígenos tumorales y generan una respuesta inmunitaria expandida y específica contra el tumor. El ARN es el componente que inhibe la supresión del sistema inmunitario. El ARN modificado se une y degrada el ARNm del tumor que produce una proteína llamada STAT3 . Por lo tanto, el mRNA unido está bloqueado de hacer STAT3, que puede suprimir el sistema inmune. El resultado es una respuesta inmune mejorada que es específica del tumor y no daña los tejidos sanos.
Además de diseñar un sistema donde el ADN, el ARN y los neoantígenos tumorales se autoensamblan en una nanopartícula estable, un paso final importante en el proceso es reducir la partícula. Zhu explica: "Reducir la partícula es un paso crítico para activar unrespuesta inmune. Esto se debe a que una nanopartícula muy pequeña puede moverse más fácilmente a través de los vasos linfáticos para llegar a las partes del sistema inmune, como los ganglios linfáticos. Un proceso que es esencial para la activación inmune ".
El método de contracción también tuvo que ser diseñado. Esto se logró recubriendo la partícula con un polipéptido cargado positivamente que interactúa con los componentes de ADN y ARN cargados negativamente para condensarlo a una décima parte de su tamaño original.
Prueba de la nanovacuna
Para crear un modelo de cáncer de colon metastásico, los investigadores inyectaron células de cáncer de colon humano en la circulación de ratones. Las células se infiltran en diferentes órganos y crecen como cáncer de colon metastásico. Uno de los principales sitios de metástasis es el pulmón.
La nanovacuna se inyectó debajo de la piel de los ratones 10, 16 y 22 días después de que se inyectaron las células de cáncer de colon. Para comparar con la nanovacuna, se analizaron dos grupos de ratones de control; un grupo se inyectó solo con el ADN yel neoantígeno en solución pero no formado en una partícula de nanovacuna, y el segundo grupo de control se inyectó con una solución tampón inerte.
A los 40 días de iniciado el experimento, los tumores de pulmón de los grupos tratados con nanovacuna y los grupos de control se evaluaron mediante imágenes PET-CT, y luego se extrajeron y pesaron. En los ratones tratados con la nanovacuna, los tumores tenían una décima parte del tamaño del tumor.tumores que se encontraron en ratones en ambos grupos de control.
Pruebas adicionales revelaron que los ratones que recibieron la nanovacuna tuvieron un aumento significativo en los linfocitos T citotóxicos circulantes CTL que se dirigieron específicamente al neoantígeno en las células de cáncer de colon. Los CTL son células que atacan y matan las células infectadas por virus y las dañadas de otras maneras, como las células cancerosas.
Un aspecto importante del enfoque de la nanovacuna es que crea una respuesta inmune antitumoral que circula por el sistema y, por lo tanto, es particularmente valiosa para encontrar e inhibir tumores metastásicos que crecen en todo el cuerpo.
Los investigadores ven su nanovacuna como una parte importante de las terapias eventuales que combinan la inmunoterapia con otros enfoques para matar el cáncer.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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