Nuevo enfoque para capturar células asesinas naturales y recolectar paquetes que matan el cáncer



Sobre la base de la promesa de terapias emergentes para desplegar las células inmunitarias “asesinas naturales” del cuerpo para combatir el cáncer, los investigadores del Centro Oncológico Rogel de la Universidad de Michigan y la Facultad de Ingeniería de la UM han ido un paso más allá.

Han desarrollado lo que se cree que es la primera forma sistemática de atrapar células asesinas naturales y hacer que liberen paquetes que matan el cáncer llamados exosomas. Estos exosomas a nanoescala son miles de veces más pequeños que las células asesinas naturales (o células NK, para abreviar) y, por lo tanto, pueden penetrar mejor las defensas de las células cancerosas.

Un estudio de prueba de concepto en muestras de sangre de cinco pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas demostró que el enfoque fue capaz de capturar células asesinas naturales en un chip de microfluidos y usarlas para “cultivar” los exosomas NK.

El equipo multidisciplinario, que incluía ingenieros y oncólogos de la UM, demostró además que los exosomas podrían matar eficazmente las células tumorales circulantes en cultivos celulares, según los hallazgos publicados en Ciencia avanzada.

Los exosomas son pequeños sacos de proteínas y otras moléculas que son liberadas naturalmente por casi todos los tipos de células del cuerpo. En este caso, queríamos ampliar nuestra comprensión de los exosomas NK y tratar de aprovechar su potencial para matar el cáncer “.

Yoon-Tae Kang, Ph.D., investigador en ingeniería química y coautor principal del estudio

En comparación con las células NK, los exosomas NK son más estables y más fáciles de modificar con fines terapéuticos, dice. El sistema también tiene potencial para ayudar a diagnosticar y monitorear el cáncer, señala el estudio.

Aprovechar el poder de las células NK ha presentado durante mucho tiempo una posibilidad tentadora para los investigadores. diferente a Células T, Las células NK no tienen que ser preparadas por antígenos específicos de invasores para luchar contra los intrusos.

“Un cuello de botella importante de las terapias basadas en células NK, sin embargo, es que después de la inyección de células NK en los pacientes, no son buenos para infiltrarse en el microambiente del tumor”, dice el coautor principal Zeqi Niu, estudiante de doctorado en Ingeniería Química. “Los exosomas derivados de las células NK contienen las mismas moléculas que matan el cáncer, pero son mucho, mucho más pequeños y tienen más capacidad para penetrar en los tumores”.

La tecnología

Si bien una pequeña cantidad de estudios previos había examinado la capacidad de los exosomas NK para matar células cancerosas, no había habido un enfoque sistemático para capturar células NK derivadas del paciente y usarlas para generar exosomas NK, agrega la coautora principal del estudio, Sunitha Nagrath , Ph.D., profesor asociado de ingeniería química en la UM y miembro del Rogel Cancer Center.

“La ventaja de los exosomas es que son orgánicos, nativos de su cuerpo”, dice. “No tuvimos que fabricarlos. La belleza del enfoque es poder capturar las células NK en un chip de microfluidos, incubarlas en el chip durante un corto período de tiempo y luego recolectar los exosomas que liberan las células. . De lo contrario, tratar de aislar los exosomas directamente de la sangre sería como buscar pequeños guijarros en una habitación llena de cosas “.

El sistema de recolección de exosomas NK combina tres tecnologías. Primero, los investigadores capturaron las células NK en un chip de microfluidos de óxido de grafeno desarrollado en la UM. Luego, las células se incuban, lo que las impulsa a liberar exosomas. Los exosomas son capturados por diminutas perlas magnéticas, llamadas ExoBeads, que están recubiertas con anticuerpos específicos de exosomas; las perlas se retiran del chip y los exosomas NK se separan de ellas mediante un proceso diferente. Simultáneamente, el equipo utilizó un sistema de biopsia líquida llamado Labyrinth, que también se desarrolló en la UM, para aislar las células tumorales circulantes de las muestras de sangre del paciente para evaluar las correlaciones entre las células NK y los exosomas, y las células tumorales circulantes.

Estos esfuerzos de investigación en etapa inicial examinaron muestras de cinco pacientes con cáncer de pulmón y dos controles sanos.

“Lo que encontramos fue que cuantas más células NK estaban presentes en la muestra, menos células tumorales circulantes había”, dice Niu. “También encontramos que cuantas más células tumorales había en una muestra, más exosomas NK estaban presentes, lo que es una pista de que la presencia del cáncer está estimulando las células NK para producir exosomas que combaten el cáncer”.

Experimentos adicionales demostraron que los exosomas de NK derivados de muestras de pacientes eran efectivamente capaces de destruir las células tumorales circulantes en cultivos celulares.

Una célula tumoral circulante es aquella que se ha desprendido de un tumor primario y ha comenzado a viajar por el torrente sanguíneo. Estos luego pueden sembrar nuevos cánceres en otras partes del cuerpo a través de un proceso conocido como metástasis.

“Cuando comenzamos con esta investigación, no estábamos seguros de poder generar y recolectar los exosomas NK usando un chip y ExoBeads”, dice Nagrath. “O si pudiéramos recolectarlos de manera suficientemente eficiente para un posible uso terapéutico. El proceso de captura de células NK, el proceso de separar los exosomas NK de las perlas, creando un ensayo para evaluar la capacidad de los exosomas para matar células cancerosas – había muchos componentes que debían optimizarse para que este enfoque fuera un éxito, y cada uno presentaba sus propios desafíos “.

Los exosomas también tienen un buen potencial para ser más diseñados y optimizados para que sean más potentes y eficientes contra las células cancerosas, señalan los investigadores.

Próximos pasos

Se necesitará más validación y trabajo para desarrollar la tecnología hacia un posible uso clínico futuro, dice Kang.

La cantidad de muestras de pacientes incluidas en el estudio estuvo limitada por las exigencias de la pandemia COVID-19, que resultó en cierres temporales de laboratorios en todo el campus de la UM. Los investigadores planean continuar el trabajo con una mayor cantidad de muestras de pacientes. También están trabajando con colaboradores para probar la eficacia de los exosomas contra tumores in vivo – en modelos de cáncer de ratón.

Se está trabajando adicionalmente en el uso de la tecnología para capturar células inmunes de la sangre para proporcionar a los médicos información adicional sobre el cáncer de un paciente. Esto sería diferente de la mayoría de la tecnología de biopsia líquida, que se enfoca en capturar y evaluar las células tumorales circulantes.

Los investigadores también destacaron la centralidad de la colaboración entre médicos e ingenieros para hacer avanzar la investigación.

“Los enfoques de inmunoterapia que tienen como objetivo los puntos de control inmunológico han revolucionado la terapia del cáncer para varios tipos de cáncer. Sin embargo, solo una pequeña minoría de pacientes exhibe un beneficio clínico duradero y una cura”, dice la coautora principal Nithya Ramnath, MBBS, oncóloga y profesora de medicina interna en Medicina de Michigan. “Los estudios preliminares con células NK, ya sea por sí mismas o en combinación con inhibidores de puntos de control inmunitarios, han mostrado, sin embargo, solo resultados modestos. Los exosomas derivados de NK, por otro lado, pueden ubicarse en los tumores de manera más efectiva. El artículo actual representa un avance tecnológico en la capacidad de recolectar no solo células NK, sino también exosomas derivados de NK que podrían ayudar a informar futuros enfoques inmunoterapéuticos “.

Fuente:

Referencia de la revista:

Kang, YT., et al. (2021) Biogénesis en chip de exosomas circulantes derivados de células NK en cáncer de pulmón de células no pequeñas exhibe actividad antitumoral. Ciencia avanzada. doi.org/10.1002/advs.202003747.

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