Apprendendo da una rivoluzionaria strategia di trattamento del cancro basata su una recente scoperta vincitrice del premio Nobel, i ricercatori del Georgia Institute of Technology e dell’Università del Missouri hanno sviluppato un nuovo metodo di somministrazione di farmaci con microgel che potrebbe estendere l’efficacia dei trapianti di isole pancreatiche – da diversi anni possibilmente per l’intera durata di vita di un destinatario.
Lavorando tra team multidisciplinari utilizzando un modello animale, i laboratori dei professori Andrés García della Georgia Tech e Haval Shirwan dell’Università del Missouri hanno sviluppato un nuovo microgel biomateriale che potrebbe fornire dosaggi più sicuri, più piccoli e più convenienti di un immunosoppressore proteine ??che potrebbero portare a una migliore accettazione a lungo termine dei trapianti di isole all’interno del corpo.
Lo studio è stato pubblicato il 28 agosto 2020 sulla rivista Science Advances. La ricerca è stata guidata da Maria Coronel, una borsista post-dottorato nel laboratorio di García, la Parker H. Petit Chair e direttore esecutivo del Petit Institute for Bioengineering and Bioscience. García è anche professore di reggenti alla George W. Woodruff School of Mechanical Engineering.
Nel 2018, il Premio Nobel per la medicina è stato assegnato per aver scoperto come le cellule tumorali inviano segnali molecolari per sopprimere la risposta immunitaria, nascondendo e proteggendo così quelle cellule tumorali dal sistema immunitario del corpo. I ricercatori hanno presto sviluppato metodi di trattamento pionieristici per segnalare e “attivare” il sistema immunitario (come le cellule T) in modo che il cancro invasore venisse nuovamente riconosciuto, consentendo al sistema immunitario di un paziente di eliminare più efficacemente le cellule tumorali.
“Il lavoro che stiamo facendo è prendere una pagina da quella scoperta e utilizzare l’immunoterapia nel senso opposto utilizzata dai trattamenti contro il cancro per controllare e ‘spegnere’ una risposta immunitaria al trapianto di un trapianto”, ha detto Coronel. “Quando si riceve un trapianto, come un trapianto di isole o un trapianto di organi, anche se è abbinato, si avrà una risposta immunitaria a quell’innesto e il sistema immunitario lo riconoscerà come non sé e proverà a respingere e attaccare il sito dell’innesto. “
Dopo l’intervento chirurgico di trapianto di isole, i trattamenti postoperatori tradizionali utilizzano farmaci sistemici immunosoppressori che colpiscono l’intero corpo e possono essere tossici, creando numerosi effetti collaterali indesiderati, la cui gravità spesso limita il numero di candidati per il trapianto di isole e altri organi.
“Un aspetto unico del nostro metodo è che abbiamo notevolmente ridotto il dosaggio necessario, che ridurrà o eliminerà in modo significativo gli effetti collaterali attualmente causati dai trattamenti farmacologici sistemici di oggi”, ha detto Coronel.
Il team di ricerca ha sviluppato un nuovo metodo di “accettazione immunitaria”, che inserisce un biomateriale ingegnerizzato – in questo caso un microgel – con le isole al momento del trapianto. I microgel, che assomigliano a grappoli di uova di pesce di dimensioni micro, hanno trattenuto e trasportato una proteina (SA-PD-L1) in una specifica area di trapianto che ha segnalato con successo al sistema immunitario di trattenere una risposta immunitaria, proteggendo un innesto di isole trapiantate dall’essere respinto. Questo segnale molecolare erogato localmente, utilizzando SA-PD-L1, è stato progettato per sopprimere silenziosamente qualsiasi risposta immunitaria ed è stato efficace fino a 100 giorni senza alcun intervento farmacologico immunosoppressivo sistemico aggiuntivo.
“Volevamo utilizzare il PD-L1 per la prevenzione del rigetto del trapianto di isole allogeniche simulando il modo in cui le cellule tumorali utilizzano questa molecola per eludere il sistema immunitario, ma senza ricorrere alla terapia genica”, ha detto Shirwan, professore di salute infantile e microbiologia molecolare e immunologia presso la University of Missouri School of Medicine.
Per raggiungere questo obiettivo, Shirwan ha lavorato con Esma Yolcu, professore di salute dei bambini, anche lui presso la University of Missouri School of Medicine. Entrambi erano precedentemente presso l’Università di Louisville, dove hanno generato SA-PD-L1, una nuova forma della molecola che può essere posizionata sulla superficie degli innesti delle isole o dei microgel per il rilascio al sito dell’innesto.
“I microgels che presentano SA-PD-L1 rappresentano un importante sviluppo tecnologico che ha un potenziale non solo per il trattamento del diabete di tipo 1, ma anche per altre malattie autoimmuni e vari tipi di trapianto”, ha detto Shirwan.
Oltre a progettare questo specifico microgel biomateriale, il team ha testato la sua durata di vita e le possibilità di rilascio del dosaggio. Hanno anche esaminato i suoi effetti a lungo termine sia sull’innesto che sulla risposta immunitaria e sulla funzione del ricevente, valutando il suo potenziale di biocompatibilità a lungo termine.
“Uno dei principali obiettivi nel campo del diabete negli ultimi due decenni è stato quello di consentire l’accettazione immunitaria degli innesti ed evitare i farmaci tossici usati per indurre la soppressione immunitaria, che colpiscono l’intero corpo”, ha detto García.
“In generale, il trapianto di organi ha molto successo nel trattare una varietà di condizioni croniche. Questi sono risultati molto interessanti come prova di principio che dimostrano che questo biomateriale ingegnerizzato e la procedura possono fornire una tecnologia di piattaforma applicabile ad altre impostazioni di trapianto e possono ampliare il pool di candidati che possono ricevere trapianti in sicurezza “.