NanopartÃculas y ayuda antiviral contra el cáncer
Los órganos linfoides, en los que las células presentadoras de antÃgenos (APC) están en estrecha proximidad a las células T, son el microambiente ideal para la potenciación y amplificación de las respuestas de este tipo celular. Sin embargo, la administración sistémica de vacunas contra antÃgenos tumorales para activar células dendrÃticas se ve obstaculizada por varios retos técnicos. Recientes investigaciones realizadas en ratones y en tres pacientes, muestran que esto puede ser logrado con precisión y eficacia mediante la administración intravenosa de un complejo nanomolecular formado por lÃpidos y ARN, sin la necesidad de partÃculas como anticuerpos o ligandos adicionales. El ARN recubierto y protegido por la estructura lipÃdica, codifica antÃgenos tumorales capaces de estimular a las células presentadoras de antÃgeno, simulando además las vÃas activadas mediante el transcurso de una infección viral al impulsar a linfocitos T CD8 a ejercer su actividad citotóxica. Esta respuesta sumada a la producción y secreción de interferón, constituye un enfoque promisorio para estudios clÃnicos más amplios que otorguen resultados positivos para la lucha contra el cáncer.
Vacuna antitumoral
Las vacunas preventivas son quizás la forma más eficaz de inmunoterapia. Sin embargo en un artÃculo reciente liderado por Lena M. Kranz, se describió una estrategia de vacunación contra el cáncer dirigida a tumores preexistentes mediante el reclutamiento de mecanismos que usualmente son usados durante el transcurso de una infección viral. Los investigadores emplearon nanopartÃculas en cuyo interior llevan ARN tumoral para simular la intrusión de un patógeno viral en el torrente sanguÃneo. Cuando las nanopartÃculas alcanzan los tejidos linfoides, como el bazo y los ganglios, activan los mecanismos de defensa antivirales en componentes del sistema inmunológicotales, como las células dendrÃticas (CD). Estas células, traducen el ARN proveniente de las nanopartÃculas para expresar y presentar antÃgenos tumorales (moléculas utilizadas durante una respuesta inmunitaria como objetivos de ataque) a los linfocitos T, estimulando a estas células para iniciar una respuesta antitumoral.
¿Por qué es tan difÃcil obtener una vacuna efectiva contra el cáncer? Una razón es que las células cancerosas son similares en muchos aspectos a las normales y el sistema inmunitario evita atacar lo propio. Únicamente se han alcanzado respuestas relativamente modestas con las vacunas que contienen antÃgenos también expresados en tejidos sanos. Una respuesta de mayor intensidad solamente puede esperarse cuando las células tumorales expresan antÃgenos que no son usualmente producidos en las células adultas normales.
Otra razón es que el crecimiento cancerÃgeno no se acompaña de fuertes señales inflamatorias, tales como las que ocurren durante una infección microbiana, las que estimulan una fuerte respuesta inmune. Esto conduce a microambientes tumorales en los que las células de defensa toleran, o incluso promueven, el crecimiento del tumor. Por lo tanto, las vacunas antitumorales deben trabajar cuando la enfermedad ya se ha afianzado, y a menudo, cuando se ha extendido por todo el cuerpo. Por último, y en un contraste clave para las vacunaciones preventivas contra los virus, la mayorÃa de los cánceres coexisten y han coevolucionado junto a nuestro sistema inmunológico a lo largo de los años, resultando en un microambiente tumoral inmunosuprimido que añade un obstáculo extra para la inmunoterapia.
En los enfoques vacunales contra una amplia gama de enfermedades, las células presentadoras de antÃgeno (CPA) especializadas poseen un papel fundamental. Particularmente, las células dendrÃticas están extremadamente bien adaptadas para el procesamiento y presentación de antÃgenos para activar a los linfocitos T. Las CD de cultivo cargadas con antÃgenos bajo condiciones in vitro, pueden aumentar la inmunidad cuando se administran a pacientes con cáncer, pero hasta ahora la eficacia clÃnica de esta estrategia ha sido limitada. La mayorÃa de estas vacunas utilizan CD derivadas de un tipo particular de glóbulos blancos de la sangre llamados monocitos. Adicionalmente, también ha sido investigada la activación ex vivo de diferentes subconjuntos de CD que circulan de forma natural en la sangre, utilizando varios tipos celulares incluyendo a células dendrÃticas plasmocitoides (CDp), que producen altos niveles de interferón-α (IFN-α) tras una infección viral.
Los inmunólogos también han explorado las vacunas destinadas a activar directamente las CD del propio paciente en condiciones in vivo, lo que evita el laborioso y costoso cultivo in vitro. Tal enfoque requiere al menos tres componentes: una "etiqueta de dirección" (un anticuerpo especÃfico para las CD o una molécula ligando como un hidrato de carbono dirigido a la CD); un antÃgeno tumoral; y un compuesto que prepara a las CD para activar completamente a los linfocitos T (por lo general un ligando para un receptor de tipo Toll,TLR). Las nanopartÃculas que contienen el antÃgeno y los ligandos de TLR, junto anticuerpos u otros ligandos, han demostrado su eficacia en modelos animales, y actualmente se están llevando a cabo ensayos clÃnicos incipientes utilizando conjugados de anticuerpos dirigidos a CD unidos a un antÃgeno tumoral.
Figura 1. Una vacuna antitumoral de nanopartÃculas.
a, Kranz y colegas sintetizaron nanopartÃculas (complejos de lÃpidos que contienen ARN codificante para antÃgenos tumorales), y evidenciaron que son capaces de dirigirse a células dendrÃticas y macrófagos en ratones. La absorción de nanopartÃculas por parte de células dendrÃticas precursoras promueve su maduración a células presentadoras de antÃgenos, con capacidad migratoria y estimuladora de linfocitos T. La incorporación de las nanopartÃculas por células dendrÃticas plasmocitoides promueve la secreción de una ola inicial de interferón que ayuda a generar los primeros pasos de la activación de células T. b, Tras la traducción del ARN dentro de las nanopartÃculas, las células dendrÃticas maduras son capaces de expresar antÃgenos tumorales y presentarlos a los linfocitos. Los macrófagos, por su parte, al incorporar estos nanocomponentes producen una segunda oleada de interferón, que "ceba" completamente a las células T contra antÃgenos especÃficos. c, Finalmente, las células T activadas atacan a las células tumorales.
Kranz y sus colegas han desarrollado un tipo diferente de vacuna basadas en nanopartÃculas, que no requiere de anticuerpos o ligandos para dirigirse hacia las CD. En lugar de ello, sintetizaron nanopartÃculas consistentes en complejos lipÃdicos + ARN. A través de este método, los autores demostraron que, al producir nanopartÃculas ligeramente cargadas en forma negativa (manipulando la proporción lÃpidos / ARN) pueden dirigirse a los compartimentos que contienen CD en el bazo y otros tejidos linfoides al inyectarlas por vÃa intravenosa en ratones. Mediante el uso de nanopartÃculas que llevan ARN que codifica una proteÃna fluorescente, los autores observaron que la distribución dentro del cuerpo era más dependiente de la carga global de la nanopartÃcula que del tipo de lÃpido utilizado. La fluorescencia se observó en las CPA como macrófagos y en las ya mencionadas CD (ambos capaces de expresar el marcador molecular CD11c) en la zona marginal del bazo y en otros órganos linfoides. La fluorescencia no se pudo apreciar en los ratones en los que se eliminó la población de células CD11c +. Además, las CDp no presentaron fluorescencia, pero evidenciaron otras respuestas de señalización que indicaron una incorporación de las nanopartÃculas.Â
Los investigadores encontraron que la absorción de las nanopartÃculas de ARN se produjo por un proceso basado en la membrana celular denominado micropinocitosis. La incorporación fue mayor en los macrófagos. Sin embargo, la más alta expresión de marcador fluorescente codificado por el ARN ocurrió en las CD, lo que indica que son más eficaces que los macrófagos en permitir el transporte del ARN hacia el citoplasma y en traducirlo en proteÃna.
Curiosamente, los autores observaron dos "ondas" transitorias de IFN después de la administración de nanopartÃculas (figura 1): la primera fue producida por CDp y alcanzó un máximo a las 2-3 horas después de la inyección. Esto fue seguido de un segundo evento, que fue producido por macrófagos alrededor de 6-8 horas más tarde. Al poner a prueba una serie de ratones genéticamente modificados, los autores evidenciaron que la secreción de IFN era mediada por el receptor TLR y que la primera de las ondas es necesaria para que las CD precursoras maduren y migren para encontrarse con linfocitos T en el bazo y en los ganglios linfáticos. Esto conduce a una respuesta de células T de una gran intensidad (ayudada por la segunda onda de liberación de IFN) frente a una amplia gama de antÃgenos en ratones modelo de tumores, observándose además la generación de una robusta y prolongada respuesta antitumoral.
Los autores extendieron su investigación a un estudio clÃnico en pacientes con melanoma, usando nanopartÃculas que transportan ARN codificantes para antÃgenos tumorales, presentando los resultados de los primeros tres pacientes tratados. Sorprendentemente, se observó una respuesta inmunitaria, aunque todavÃa es pronto para asegurar el éxito, por lo que se necesitan de ensayos más amplios y aleatorizados para validar estos hallazgos. Los tres pacientes produjeron IFN y desarrollaron fuertes respuestas por parte de linfocitos T contra los antÃgenos, incluso ocupando una dosis más baja que en el estudio en ratones. Las respuestas de las células T involucraron a linfocitos CD4 y CD8. La activación de estos últimos es tÃpico de una respuesta antiviral, por lo que al contar con ambos tipos de respuesta se mejora la actividad anticancerÃgena.
Los autores utilizaron una inyección intravenosa para la entrega de las nanopartÃculas, pero serÃa interesante explorar otras vÃas de administración, lo que podrÃa modificar su distribución. También serÃa relevante examinar la distribución tisular de nanopartÃculas radiomarcadas en los pacientes como en los experimentos con ratones, para ver si también se dirigen principalmente a células que expresan CD11c. Otras células del sistema inmunológico que también poseen el marcador CD11c, tales como los neutrófilos y monocitos, igualmente tienen una alta capacidad de fagocitosis, por lo tanto, podrÃan ser capaces de incorporar nanopartÃculas y activarse. Si esto es asÃ, no está claro aún cuál es la contribución de estos otros tipos celulares en cuanto a la producción de señales del sistema inmune, como las citoquinas.
El estudio de Kranz y sus colegas remarca el papel de IFN en la obtención de una respuesta robusta por parte de los linfocitos T contra los tumores. Notablemente, se observó este tipo de respuestas en células T CD8 y CD4, tanto en ratones como en humanos. A pesar de que se sabÃa con anterioridad que los linfocitos T CD8 son el principal tipo celular que actúa en la erradicación tumoral, diferentes subtipos de CD estimulan diferentes tipos de linfocitos citotóxicos, por lo que la contribución estos últimos puede estar subestimada. Las respuestas en los tres pacientes con cáncer son interesantes, dados los diferentes tipos de antÃgenos tumorales explorados (incluyendo antÃgenos que no son expresados generalmente en tejido adulto y nuevos antÃgenos que surgen como consecuencia de mutaciones en células tumorales). Esta plataforma nanotecnológica puede dar un fuerte impulso al campo de las vacunas, y los resultados de los estudios clÃnicos venideros tendrán una gran relevancia.
Fuente bibliográfica
Immunotherapy: Cancer vaccine triggers antiviral-type defences
Jolanda de Vries and Carl Figdor.
Department of Tumor Immunology, Radboud Institute for Molecular Life Sciences, Radboud University Medical Center, 6525 GA Nijmegen, the Netherlands.
doi:10.1038/nature18443