Targeting immunosuppressive myeloid cells using nanocarriers to improve cancer immunotherapy

Nell’ultimo decennio l’impiego di diversi tipi di immunoterapia dei tumori ha consentito di ottenere risposte cliniche e un miglioramento della sopravvivenza in pazienti non rispondenti alle terapie convenzionali. Tuttavia, l’efficacia dell’immunoterapia del cancro è limitata dalla presenza di popolazioni di cellule immunitarie con proprietà immunosoppressive e pro-tumorali che si espandono durante la patogenesi della malattia. Tali cellule comprendono popolazioni di origine mieloide, quali i macrofagi associati al tumore (tumor associated macrophages, TAMs), e cellule soppressive di derivazione mieloide (myeloid derived suppressor cells, MDSCs). Pertanto, per lo sviluppo di protocolli d’immunoterapia ottimali sono necessari trattamenti di supporto, con buona efficacia e bassa tossicità, in grado di contrastare l’immunosoppressione indotta dal tumore. Diversi studi preclinici e clinici hanno dimostrato che i nanosistemi per il trasporto di farmaci antitumorali sono in grado di migliorarne le proprietà farmacologiche aumentandone l’emivita, favorendone l’accumulo nel sito tumorale e limitando la tossicità a carico di tessuti sani. Inoltre, i nanosistemi per il trasporto di RNA sono attualmente impiegati nello sviluppo di terapie antineoplastiche che utilizzano approcci di silenziamento genico in vivo basati sul meccanismo dell’Interferenza a RNA (RNAi). L’uso di nanosistemi per il trasporto di farmaci ed RNA che hanno come target le cellule sistema immunitario, oltre alle cellule tumorali, sembra essere un nuovo e promettente approccio per potenziare l’efficienza dell’immunoterapia dei tumori. In questo lavoro abbiamo valutato l’efficaciadi due diverse formulazioni di nanotrasportatori, caricati con farmaci o RNA, come agenti immunomodulanti per alterare la presenza e/o funzione delle cellule mieloidi associate al tumore. La prima formulazione consiste in una forma modificata di gemcitabina incapsulata in nanocapsule lipidiche (LNC-GemC12); la seconda è costituita da nanocapsule rivestite di poliarginina (PolyArgNCs) caricate con short hairpin (sh) RNA, per il silenziamento genico in vivo mediante RNAi. Nel modello tumorale murino EG7-OVA, la somministrazione di LNC-GemC12 e di gemcitabina idrocloruro (GemHCl, l’attuale formulazione standard per la gemcitabina), ad un dosaggio molto basso, causa una deplezione selettiva delle MDSC monocitarie (M-MDSCs) nella milza e nel sito tumorale. In particolare, alla somministrazione di LNC-GemC12, rispetto alla GemHCl, si associa una riduzione più intensa e prolungata delle M-MDSCs tumorali ed una conseguente attenuazione dell’attività soppressiva delle MDSC infiltranti il tumore nei confronti dei linfociti T. Inoltre, nello stesso modello, il trattamento con LNC-GemC12 prima della somministrazione di una terapia di trasferimento cellulare adottivo (ACT) con linfociti T OVA-specifici, risulta in un miglioramento della sopravvivenza rispetto al solo trattamento mediante ACT. In confronto, il pre-trattamento con GemHCl alla stessa dose non si associa ad un’estensione della sopravvivenza dopo ACT. Nella seconda parte di questo lavoro, le PolyArg NC sono state caricate con un shRNA fluorinato specifico per il fattore di trascrizione murino C/EBPβ, la cui espressione è necessaria per l’espansione e l’induzione di funzioni immunosoppressive nelle MDSC. Le PolyArg NC caricate con l’shRNA C/EBPβ-specifico (NC-shC/EBPβ) sono state impiegate con successo per ridurre l’espressione del gene bersaglio in una linea cellulare di MDSC immortalizzate. Successivamente, abbiamo valutato il funzionamento di questo sistema in vivo in un modello murino di sarcoma sottocutaneo. In questo modello abbiamo riportato una riduzione significativa nei livelli di mRNA di C/EBPβ nelle cellule mieloidi spleniche e intratumorali a seguito della somministrazione ripetuta di NC-shC/EBPβ. I dati ottenuti in questo lavoro supportano la validità dell’uso delle LNC-GemC12 come agente per la modulazione delle MDSC nell’immunoterapia del cancro, in particolare in combinazione con l’ACT. Rispetto alle formulazioni standard di agenti chemioterapici in grado di ridurre la frequenza delle MDSC, le LNC-GemC12 hanno il potenziale di fornire un’efficacia terapeutica a dosaggi di farmaco molto bassi e verosimilmente non tossici. In aggiunta, l’utilizzo di un farmaco già in uso nella pratica clinica, combinato con una formulazione di nano capsule lipidiche biocompatibili, potrebbe facilitare la traslazione in ambito clinico di questo approccio. Nel presente studio, abbiamo inoltre fornito una prima validazione dell’efficacia in vivo delle PolyArg NC caricate con shRNA come strumento per ridurre l’espressione di geni bersaglio nelle cellule mieloidi associate al tumore, potenzialmente impiegabile come agente immunomodulante nella terapia del cancro.