Quando um paciente com câncer recebe a nota­cia devastadora de que sua doença se espalhou, ou metastatizou, em uma nova parte do corpo, na maioria das vezes ela se transferiu para os pulmaµes. Nãoexistem tratamentos aprovados para meta¡stases pulmonares, que éa principal causa de morte por doença metasta¡tica. Esse prognóstico sombrio pode em breve ser menos sombrio graças a uma nova técnica desenvolvida por pesquisadores do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard e da Escola John A. Paulson de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS).

Em vez de ver a meta¡stase pulmonar como uma precipitação infeliz de um tumor prima¡rio em outro lugar, a equipe se concentrou no tratamento da meta¡stase, entregando produtos químicos que atraem células do sistema imunológico para o câncer de pulma£o por meio de células vermelhas do sangue. Essa abordagem não apenas interrompeu o crescimento do tumor pulmonar em camundongos com câncer de mama metasta¡tico, mas também agiu como uma vacina e protegeu os animais contra futuras recorraªncias do ca¢ncer. A pesquisa foi publicada na Nature Biomedical Engineering.  

“Nossa abordagem éexatamente o oposto dos tratamentos convencionais de câncer que se concentram em fazer o sistema imunológico reconhecer e atacar o tumor prima¡rio, porque esses tumores são muitas vezes grandes e difa­ceis de serem penetrados pelas células imunola³gicas”, disse o co-autor Zongmin Zhao, um pa³s-doutorado no Wyss Institute e SEAS. “Na³s reconhecemos que a alta densidade de vasos sangua­neos nos pulmaµes fornece um acesso muito melhor aos tumores, oferecendo uma oportunidade única de induzir uma resposta imunola³gica ao direcionar a meta¡stase.”

Administrar terapias ao alvo pretendido enquanto poupa o resto do corpo éum dos grandes desafios da medicina. O fígado e o baa§o são incrivelmente eficientes na filtragem de quaisquer substâncias estranhas do sangue, o que significa que os medicamentos geralmente precisam ser administrados em altas doses que podem causar efeitos colaterais prejudiciais. Superar essa barreira para um tratamento eficaz éo principal foco do trabalho do membro do corpo docente de Wyss, Samir Mitragotri , e seu laboratório descobriu recentemente que anexar nanoparta­culas cheias de drogas aos gla³bulos vermelhos permite que eles escapem da detecção e permanea§am no corpo tempo suficiente para entregar suas cargas aºteis, minimizando a toxicidade.

Zhao e seus co-autores decidiram usar essa técnica para ver se eles poderiam fornecer produtos químicos estimulantes do sistema imunológico para tumores pulmonares metasta¡ticos em vez da quimioterapia, que pode danificar o tecido pulmonar. Eles escolheram uma quimiocina, uma pequena protea­na que atrai os gla³bulos brancos, chamada CXCL10 como carga útil. 

Quando o câncer passa por meta¡stase, os vasos sangua­neos ramificados que permitem que o oxigaªnio se espalhe dos sacos de ar dos pulmaµes para os gla³bulos vermelhos são tão pequenos que uma canãlula cancerosa nociva circulando na corrente sanguínea pode facilmente ficar presa la¡ e fixar residaªncia, eventualmente crescendo um tumor secunda¡rio. Uma vez estabelecidos, os tumores metasta¡ticos desencadeiam uma campanha de esta­mulos químicos que frustram as defesas do corpo, dificultando os esforços para induzir uma resposta imunola³gica.  

“As meta¡stases pulmonares esgotam certos tipos de quimiocinas de seu ambiente local, o que significa que o sinal que deveria atrair gla³bulos brancos benéficos para combater o tumor se foi. Nossa hipa³tese éque fornecer esse sinal de quimiocina no local do tumor poderia ajudar a restaurar a resposta imunola³gica normal do corpo e permitir que ele ataque os tumores ”, disse a co-autora Anvay Ukidve, ex-pesquisadora graduada do Wyss Institute e SEAS que agora éum cientista em uma empresa farmacaªutica. 

 A equipe primeiro otimizou suas nanoparta­culas para garantir que elas se separassem de seus hospedeiros de células vermelhas do sangue apenas quando as células sanguíneas pressionassem os minaºsculos capilares dos pulmaµes. Eles também decoraram assuperfÍcies das nanoparta­culas com um anticorpo que se liga a uma protea­na comumente encontrada nas células dos vasos sangua­neos do pulma£o, chamada ICAM-1, para ajudar a aumentar a retenção das nanoparta­culas nos pulmaµes. Essas nanoparta­culas foram então preenchidas com a quimiocina CXCL10, criando um pacote que os pesquisadores chamaram de ImmunoBait. Partí­culas de ImmunoBait foram então anexadas aos gla³bulos vermelhos de camundongos para criar um sistema de entrega terapaªutica denominado imunoterapia sistemica ancorada em eritra³citos (EASI) e injetadas na corrente sanguínea de camundongos com câncer de mama que tiveram meta¡stase em seus pulmaµes. 

Aspartículas de ImmunoBait permaneceram nos pulmaµes dos animais por atéseis horas após a injeção de EASI, e a maioria delas foi distribua­da dentro e ao redor das meta¡stases. O tratamento com EASI levou a uma forte expressão de CXCL10 por até72 horas, sugerindo que a administração da quimiocina estimulou o corpo a comea§ar a produzi-la por conta própria, apesar do microambiente tumoral imunossupressor. Para descobrir exatamente que efeito o CXCL10 administrado teve no sistema imunológico dos ratos, a equipe analisou os diferentes tipos de células presentes nos pulmaµes antes e depois da injeção de EASI. Eles observaram aumentos na infiltração de células T helper tipo 1 (Th1) CD4, que liberam produtos químicos pra³-inflamata³rios que ajudam a manter os tumores sob controle, bem como células CD8 efetoras e células assassinas naturais (NK), que conduzem a morte direta de células cancerosas. 

Armada com evidaªncias de que seu sistema poderia atrair células imunola³gicas para meta¡stases pulmonares, a equipe testou sua capacidade de retardar ou interromper a progressão da doença em ratos. Eles primeiro removeram os tumores de câncer de mama dos animais (para imitar a cirurgia que os pacientes costumam fazer para tratar seus tumores prima¡rios) e, em seguida, injetaram-lhes apenas CXCL10, nanoparta­culas de ImmunoBait ou EASI. 

EASI inibiu a progressão da meta¡stase pulmonar com eficácia quatro e seis vezes maior do que CXCL10 livre e ImmunoBait, respectivamente. Todos os camundongos tratados com EASI tinham menos de 20 na³dulos metasta¡ticos após 37 dias, e 25 por cento deles tinham apenas um na³dulo. Em contraste, os ratos que receberam as outras terapias tiveram de dois a 100 na³dulos. Os ratos que receberam EASI também tiveram sobrevida quase três vezes melhor: enquanto os animais em todos os outros grupos de tratamento sucumbiram a  doença em menos de 20 dias, cerca de 25 por cento dos ratos tratados com EASI sobreviveram por 40 dias. Eles também estavam livres de quaisquer sinais de toxicidade fora do alvo ou outros efeitos negativos do tratamento.

Como o EASI ativou efetivamente o sistema imunológico contra meta¡stases pulmonares, os pesquisadores se perguntaram se essa ativação poderia fornecer proteção duradoura contra recorraªncias futuras do mesmo ca¢ncer. Eles analisaram o sangue de camundongos que receberam EASI e observaram um aumento no número de células CD8 de memória, que persistem por muito tempo após uma ameaça imunola³gica e podem soar o alarme se essa ameaça reaparecer. Para testar se essas células de memória forneciam proteção suficiente, a equipe reinoculou camundongos com as mesmas células tumorais dois dias após o último tratamento. Os camundongos que foram tratados com EASI tiveram crescimento e peso tumorais significativamente menores do que os camundongos que foram injetados com solução salina ou deixados sem tratamento, demonstrando que o tratamento local de meta¡stases pulmonares produziu imunidade sistemica contra o desenvolvimento do tumor.

"Essas descobertas destacam a capacidade de nosso sistema EASI de converter a adversidade biológica da meta¡stase em uma oportunidade terapaªutica única contra ca¢nceres metasta¡ticos", disse o autor saªnior Mitragotri, que também éProfessor Hiller de Bioengenharia e Professor Hansja¶rg Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia em SEAS. Sua equipe continua a otimizar o EASI por meio de experimentos com a entrega de diferentes tipos de quimiocinas por meio de nanoparta­culas ImmunoBait e estãoexplorando a combinação de EASI com terapias contra o câncer atualmente aprovadas para identificar potenciais sinergias.

“Esta abordagem bioinspirada única para a terapia do câncer éum exemplo maravilhoso do pensamento out-of-the-box que encorajamos e apoiamos no Wyss Institute - alavancando os pra³prios gla³bulos vermelhos do corpo para fornecer medicamentos aos vasos sangua­neos capilares do pulma£o onde muitas meta¡stases se formam, a equipe de Samir desenvolveu um tipo inteiramente novo de imunoterapia e abriu a porta para terapias que salvam vidas ”, disse o diretor fundador do Wyss Institute, Don Ingber, que também éprofessor de Biologia Vascular Judah Folkman na Harvard Medical School e da Biologia Vascular Programa no Boston Children's Hospital, bem como professor de bioengenharia do SEAS. 

Outros autores do artigo são os atuais membros do Wyss e SEAS, Yongsheng Gao e Jayoung Kim; ex-membros do Wyss e SEAS Vinu Krishnan, Daniel Pan, Michael Evans e Abhirup Mandal; a ex-estudante de graduação da SEAS Alexandra Fehnel; o ex-Wyss Institute Fellow Junling Guo; e Vladimir Muzykantov, da Perelman School of Medicine da University of Pennsylvania.

Esta pesquisa foi apoiada pelo Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia e pelo National Institutes of Health.