Stimuler les thérapies cellulaires CAR-T sous la peau

Les thérapies cellulaires CAR-T transforment le traitement de cancers du sang auparavant incurables. Six produits CAR-T approuvés ont été administrés à plus de 20 000 personnes et plus de 500 essais cliniques sont en cours. Cependant, selon une étude récente du Massachusetts General Hospital, parmi 100 patients souffrant de lymphomes, de myélomes ou de leucémies lymphoblastiques aiguës à cellules B traités avec des thérapies cellulaires CAR-T, 24 % n'ont eu que des réponses partielles et 20 % ont eu une réponse partielle. ne répond pas du tout – et ce sont des taux de réussite typiques pour les patients traités avec des thérapies CAR-T.

Les cellules CAR-T sont créées à partir des cellules T immunitaires d'un patient en introduisant des « récepteurs d'antigènes chimériques » (CAR) dans leurs répertoires moléculaires qui leur permettent de rechercher et de tuer des cellules cancéreuses spécifiques. Après leur ingénierie et leur amplification laborieuses et coûteuses en dehors du corps, ils sont réadministrés au même patient en tant que thérapeutique vivante.

Les chercheurs en oncologie soupçonnent que des résultats de traitement décevants peuvent être le résultat de plusieurs circonstances, notamment la mauvaise qualité des produits cellulaires CAR-T administrés aux patients, ou le fait que les cellules CAR-T ne persistent pas suffisamment longtemps chez les patients ou s'épuisent dans leur tumeur. capacités de combat. De nouvelles stratégies thérapeutiques sont nécessaires de toute urgence pour aider à surmonter ces lacunes et à améliorer davantage la qualité et l'efficacité des cellules CAR-T lors de leur fabrication ou même dans le corps des patients.

Aujourd'hui, une équipe de recherche du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard et de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) a développé une intervention simple sous la forme d'un matériau d'échafaudage biodégradable qui peut être injecté localement sous la peau et utilisé pour restimuler les cellules CAR-T après leur administration pour augmenter leur efficacité thérapeutique.

Chez les souris qui ont développé une tumeur sanguine agressive et ont été traitées avec une dose non curative de cellules CAR-T, les « échafaudages améliorant les lymphocytes T » (TES) de l'équipe ont considérablement freiné la croissance tumorale et prolongé la survie des animaux. L'efficacité thérapeutique améliorée des cellules CAR-T était due à la capacité du TES à augmenter le nombre de cellules CAR-T dans la circulation sanguine, ainsi qu'à orienter leur différenciation en sous-types de cellules T tuant les tumeurs. Les résultats sont publiés dans Génie biomédical naturel.

“Bien que notre stratégie doive être adaptée aux besoins et aux contextes humains, elle offre potentiellement une voie simple et sûre pour améliorer davantage les thérapies cellulaires CAR-T chez les patients présentant de mauvaises réponses”, a déclaré David Mooney, Ph. D., qui a dirigé l'étude. “Cela pourrait également permettre de simplifier la fabrication extrêmement ardue et coûteuse des cellules CAR-T en transférant une partie du processus dans le corps des patients.” Mooney est également professeur familial de bio-ingénierie Robert P. Pinkas à SEAS.

Un certain nombre d'approches de stimulation des cellules CAR-T ont été développées qui, outre l'introduction de récepteurs CAR, ont apporté d'autres modifications génétiques aux cellules T des patients afin de mieux maintenir leur efficacité thérapeutique (intrinsèque cellulaire) ou qui, inspirées par les vaccins, ciblent d'autres parties. du système immunitaire pour soutenir les cellules CAR-T dans leur attaque des cellules tumorales (cell-extrinsèque).

Cependant, la plupart d'entre eux impliquent de nouveaux défis, notamment des manipulations cellulaires encore plus complexes lors de la fabrication des cellules CAR-T et le contrôle du comportement des cellules résultantes dans le cas des méthodes intrinsèques aux cellules, ou des effets secondaires involontaires dans le corps dans le cas de méthodes extrinsèques aux cellules.

Création d'un pseudo-ganglion lymphatique sous la peau

“Auparavant, notre équipe avait conçu des échafaudages de biomatériaux qui permettaient l'expansion des lymphocytes T pour les immunothérapies dans une boîte de culture en imitant les cellules présentatrices d'antigène (APC), qui reprogramment normalement les lymphocytes T dans les ganglions lymphatiques en leur présentant des antigènes tumoraux. Nous ont émis l'hypothèse que ce concept de base pourrait également être appliqué pour stimuler puissamment les cellules CAR-T dans le corps : les TES pourraient essentiellement fonctionner comme des pseudo-ganglions lymphatiques”, a déclaré le co-premier auteur David Zhang, qui a obtenu son doctorat. travaillant dans le groupe de Mooney.

Les échafaudages de biomatériaux TES sont constitués de minuscules tiges de silice mésoporeuse (MSR) biodégradables qui s'auto-assemblent en structures d'échafaudage 3D perméables aux cellules lorsqu'elles sont injectées sous la peau et se connectent à la circulation sanguine via de petits vaisseaux sanguins. Les TES sont chargés d'une molécule soluble appelée interleukine-2 (IL-2), qui est continuellement libérée et stimule la multiplication des cellules T entrant dans le TES à partir de la circulation sanguine.

De plus, les MSR sont recouverts d’une double couche de lipides qui imite la membrane cellulaire externe d’un APC qu’un lymphocyte T rencontrerait dans un ganglion lymphatique. Cette couche lipidique présente deux molécules d'anticorps, anti-CD3 et anti-CD28, au récepteur des lymphocytes T à la surface des lymphocytes T d'une manière similaire à la façon dont les antigènes tumoraux présentés par l'APC stimulent normalement les récepteurs. Cela incite ensuite les cellules CAR-T à augmenter leur nombre et à se différencier en sous-types de cellules T tuant les tumeurs.

Premièrement, les chercheurs ont déterminé les ratios et quantités optimaux d’anticorps anti-CD3 : anti-CD28 dans le TES qui ont permis de recruter un nombre maximum de cellules CAR-T cultivées et de les inciter à devenir des « cellules T effectrices » dotées d’un potentiel de destruction des cellules tumorales. Lorsqu'ils sont injectés sous la peau de souris, les TES se connectent au système vasculaire des animaux et restent traçables sous forme de nodules vascularisés pendant plus de trois semaines.

Plus de 60 % des cellules qui imprègnent leur réseau poreux étaient des neutrophiles, un type de globules blancs qui agissent comme la première ligne de défense du système immunitaire, tandis qu'une proportion beaucoup plus faible mais significative était constituée de lymphocytes T qui font généralement partie des cellules retardées et beaucoup plus nombreuses. des défenses immunitaires plus ciblées sur les cellules tumorales (ou les agents pathogènes).

Les chercheurs pensent que “en provoquant une inflammation mineure, les échafaudages TES stimulent leur vascularisation et aident à attirer certaines classes de cellules immunitaires, ce qui s'ajouterait aux cellules immunitaires voyageant passivement à travers le TES”, a déclaré Joshua Brockman, Ph.D., qui était chercheur postdoctoral dans l'équipe de Mooney et est maintenant professeur adjoint à l'Université du Wisconsin-Madison.

“En retirant les échafaudages injectés à nouveau à différents moments, en les cultivant avec des cellules CAR-T et en mesurant le niveau d'activation des cellules, nous avons pu conclure que TES pouvait stimuler les cellules CAR-T pendant au moins sept jours après leur injection. “

TESTS dans les tumeurs

Pour tester le potentiel du TES en tant que booster thérapeutique, l'équipe a utilisé un modèle murin cliniquement pertinent du lymphome de Burkitt humain, un cancer du sang causé par les cellules B devenant cancéreuses et affectant de nombreux organes. Ils ont d’abord administré des cellules de lymphome humain à des souris, puis leur ont administré une dose curative de cellules CAR-T développées contre cette tumeur avant d’injecter du TES sous la peau des animaux.

Il est important de noter que le TES qui contenait la totalité des facteurs IL-2, anti-CD3 et anti-CD28 a multiplié par plus de cinq le nombre de cellules CAR-T en circulation par rapport au TES vierge dépourvu des trois facteurs, et davantage de cellules CAR-T. avait acquis un potentiel de destruction des cellules tumorales. Lorsque des doses plus faibles de cellules CAR-T, qui n’étaient pas suffisantes pour guérir le cancer (doses sous-curatives), étaient utilisées dans les mêmes contextes, les cellules CAR-T se sont multipliées encore plus.

“TES a absorbé les cellules CAR-T dans leur structure poreuse, où elles ont stimulé leur prolifération, leur activation et leur différenciation, et finalement leur sortie dans la circulation sanguine pour remplir leurs fonctions de destruction des tumeurs”, a résumé Zhang.

“Et, surtout, alors que les animaux porteurs d'un lymphome qui ont reçu des doses sous-curatives de cellules CAR-T et de TES vierges ont succombé rapidement à la propagation du cancer, les animaux ayant reçu une injection de cellules CAR-T et de TES entièrement fonctionnels ont survécu beaucoup plus longtemps.”

Brockman a ajouté que « ce modèle murin de lymphome agressif était un outil idéal pour fournir une preuve de concept. Cependant, il correspond à un patient atteint d'un cancer à un stade avancé de la maladie dont le traitement nécessite un grand potentiel de lymphocytes T cytotoxiques. » envers les patients humains, des approches encore plus durables et plus équilibrées pourraient être nécessaires, qui améliorent également la mémoire des tumeurs par les cellules CAR-T.

“Cette étude menée par le groupe de Dave Mooney démontre le pouvoir de l'utilisation de l'ingénierie pour imiter les interactions multicellulaires qui sont essentielles à la capacité de notre système immunitaire à combattre les cancers. Cette technologie pourrait grandement changer la vie de nombreux patients atteints de cancer recevant des thérapies CAR-T. qui n'en bénéficient pas encore », a déclaré le directeur fondateur de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., qui est également professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Medical School et au Boston Children's Hospital, et professeur Hansjörg Wyss d'ingénierie bioinspirée. chez SEAS.

Les autres auteurs de l'étude sont Kwasi Adu-Berchie, Yutong Liu, Yoav Binenbaum, Irene de Lázaro, Miguel Sobral et Rea Tresa.