Transformando o “escudo” de um tumor em uma arma contra si mesmo

De acordo com Peter Insio Wang, as células tumorais são "astutas". Eles têm maneiras sinistras de escapar das respostas imunológicas humanas que combatem esses invasores cancerígenos. As células tumorais expressam moléculas de ligante de morte programada 1 (PD-L1), que agem como um escudo protetor que suprime nossas células imunológicas, criando um obstáculo para as imunoterapias direcionadas ao câncer.

Wang, titular da Cátedra Alfred E. Mann em Engenharia Biomédica e da Cátedra Dwight K. E Hildagard E. Baum em Engenharia Biomédica, lidera um laboratório dedicado à pesquisa pioneira em imunoterapias projetadas que aproveitam o sistema imunológico humano para construir um futuro arsenal na luta contra o câncer.

Os pesquisadores do laboratório de Wang desenvolveram uma nova abordagem que transforma os mecanismos de defesa insidiosos de uma célula tumoral contra si mesma, transformando essas moléculas de "escudo" em alvos para as células T do receptor de antígeno quimérico (CAR) do laboratório de Wang, que são programadas para atacar o câncer.

O trabalho, conduzido pelo bolsista de pós-doutorado do laboratório de Wang, Lingshan Zhu, junto com Wang, o bolsista de pós-doutorado Longwei Liu e seus coautores, foi publicado no periódico ACS Nano.

A terapia com células T CAR é um tratamento revolucionário para o câncer no qual as células T, um tipo de glóbulo branco, são removidas do paciente e equipadas com um receptor de antígeno quimérico (CAR) exclusivo. O CAR se liga a antígenos associados a células cancerígenas, direcionando as células T para destruí-las.

O trabalho mais recente do laboratório de Wang é um monocorpo projetado para células T CAR, que a equipe chama de PDbody, que se liga à proteína PD-L1 em uma célula cancerígena, permitindo que o CAR reconheça a célula tumoral e bloqueie suas defesas.

"Imagine que o CAR é um carro de verdade. Você tem um motor e gasolina. Mas também tem um freio. Essencialmente, o motor e a gasolina empurram o CAR T para avançar e destruir o tumor. Mas o PD-L1 atua como um freio, que o para", disse Wang.

Neste trabalho, Zhu, Liu, Wang e a equipe projetaram células T para bloquear esse mecanismo inibitório de "frenagem" e transformar a molécula PD-L1 em um alvo para matar.

"Esta molécula quimérica PDbody-CAR pode levar nosso CAR T a atacar, reconhecer e destruir o tumor. Ao mesmo tempo, ele bloqueará e impedirá o célula tumoral de interromper o ataque CAR T. Assim, nosso CAR T será mais poderoso", disse Wang.

A terapia com células CAR T é mais eficaz para cânceres "líquidos", como leucemia. O objetivo dos pesquisadores era desenvolver células CAR T avançadas que pudessem distinguir entre células cancerígenas e células saudáveis.

O laboratório de Wang está explorando maneiras de direcionar a tecnologia para tumores para que as células CAR T sejam ativadas no local do tumor sem afetar o tecido saudável.

Neste trabalho, a equipe se concentrou em uma forma altamente invasiva de câncer de mama que expressa a proteína PD-L1. No entanto, PD-L1 também é expressa por outros tipos de células. Portanto, os pesquisadores analisaram o microambiente tumoral exclusivo — as células e matrizes imediatamente ao redor do tumor — para garantir que seu PDbody projetado se ligaria mais especificamente às células cancerígenas.

"Sabemos que o pH no microambiente tumoral é relativamente baixo — é um pouco ácido", disse Zhu. "Então queríamos que nosso PDbody tivesse melhor capacidade de ligação em um microambiente ácido, o que ajudará nosso PDbody a distinguir células tumorais de outras células circundantes."

Para melhorar a precisão do tratamento, a equipe usou um sistema de portão genético proprietário chamado SynNotch, que garante que as células T CAR com um PDbody ataquem apenas células cancerígenas que expressam uma proteína diferente conhecida como CD19, reduzindo o risco de danos às células saudáveis.

"Simplificando, as células T só serão ativadas no local do tumor graças a este sistema de portão SynNotch", disse Zhu. "Não apenas o pH é mais ácido, mas a superfície da célula tumoral determinará se a célula T é ativada, dando-nos dois níveis de controle."

Zhu observou que a equipe usou um modelo de camundongo, e os resultados mostraram que o sistema de controle SynNotch direciona as células T CAR com um corpo PD para serem ativadas apenas no local do tumor, matando as células tumorais e permanecendo seguras para outras partes do animal.

Processo inspirado na evolução para criar o PDbody

A equipe usou métodos computacionais e se inspirou no processo de evolução para criar seus PDbodies personalizados. A evolução dirigida é um processo usado na engenharia biomédica para imitar o processo de seleção natural em laboratório.

Os pesquisadores criaram uma plataforma de evolução direcionada com uma biblioteca gigante de iterações da proteína projetada para descobrir qual versão pode ser mais eficaz.

"Precisávamos criar algo que reconhecesse PD-L1 na superfície do tumor", disse Wang.

"Usando a evolução dirigida, selecionamos um grande número de diferentes mutações de monocorpo para selecionar qual delas se ligaria ao PD-L1. A versão selecionada possui esses recursos que podem não apenas reconhecer o tumor PD-L1, mas também bloquear o mecanismo inibitório, o que possui, e então direcionar a célula CAR T para a superfície do tumor para atacar e destruir as células tumorais."

"Imagine se você quisesse encontrar um peixe muito específico no oceano - seria muito difícil", disse Liu. "Mas agora, com a plataforma de evolução dirigida que desenvolvemos, temos uma maneira de atingir essas proteínas específicas com a função desejada."

A equipe de pesquisa está agora explorando como otimizar as proteínas para criar células T CAR ainda mais precisas e eficazes antes de passar para aplicações clínicas. Isso também inclui a integração das proteínas com as inovadoras aplicações de ultrassom focadas do laboratório de Wang para controlar remotamente as células CAR T para que sejam ativadas apenas nos locais dos tumores.

"Agora temos todas essas ferramentas genéticas para manipular, controlar e programar essas células imunológicas para que tenham o máximo de poder e função possível", disse Wang. "Esperamos criar novas maneiras de direcionar sua função para tratamentos de tumores sólidos particularmente desafiadores."