È un dispositivo piccolissimo, delle dimensioni di un vetrino da microscopio, e permette di osservare in tempo reale le complesse interazioni tra i linfociti T ingegnerizzati e le cellule tumorali
Da qualche anno le terapie con cellule CAR-T rappresentano una svolta nel trattamento di alcuni tumori ematologici, tra cui la leucemia linfoblastica acuta. Nonostante i risultati sempre più promettenti, molti pazienti affetti da leucemia vanno incontro a recidive e molti manifestano effetti collaterali significativi. La difficoltà nel migliorare queste terapie è in parte dovuta ai limiti dei metodi di sperimentazione tradizionali. Un nuovo dispositivo, chiamato “leukemia-on-a-chip”, permette di osservare in tempo reale le complesse interazioni tra cellule CAR-T e cellule tumorali in condizioni controllate, superando le limitazioni delle colture cellulari bidimensionali e degli esperimenti sugli animali. I risultati di questo innovativo modello preclinico sono stati pubblicati su Nature Biomedical Engineering.
COME FUNZIONA IL MODELLO
Frutto di una collaborazione tra ricercatori della Perelman School of Medicine dell’Università della Pennsylvania e della Tandon School of Engineering della New York University, questo dispositivo piccolissimo, delle dimensioni di un vetrino da microscopio, è il primo modello che combina con successo la struttura fisica del midollo osseo e un sistema immunitario umano funzionante. Il leukemia-on-a-chip ricostruisce tre regioni chiave del midollo osseo coinvolte nello sviluppo della leucemia: i vasi sanguigni, la cavità midollare e il rivestimento osseo esterno. Popolato con cellule del midollo osseo del paziente, il sistema si auto-organizza producendo proteine strutturali come collagene, fibronectina e laminina, mantenendo così l’ambiente immunitario complesso del tessuto.
Grazie a tecniche di imaging avanzate, i ricercatori hanno dunque potuto osservare il movimento delle cellule CAR-T attraverso i vasi, la loro capacità di riconoscere ed eliminare le cellule tumorali con una precisione finora mai raggiunta in un sistema in vivo. È stato possibile monitorare la velocità con cui le cellule immunitarie si muovono per individuare il bersaglio, e come rallentino per attaccare e distruggere le cellule malate. Inoltre, è stato osservato un effetto “bystander”, in cui le cellule CAR-T attivano altre cellule immunitarie non direttamente coinvolte nella terapia, un meccanismo che potrebbe spiegare sia l’efficacia che gli effetti collaterali del trattamento.
Manipolando ad hoc il dispositivo, i ricercatori hanno ricreato scenari clinici tipici della leucemia, come la remissione completa, la resistenza alla terapia e la recidiva, scoprendo che le cellule CAR-T di “quarta generazione”, con caratteristiche potenziate, funzionano meglio rispetto alle versioni standard, soprattutto a dosi ridotte. “Nel complesso - scrivono gli autori - questa piattaforma preclinica consente una valutazione precisa, affidabile e multidimensionale della terapia con cellule CAR T, che può essere facilmente estesa per valutare molte altre immunoterapie per diversi tumori del sangue, ma anche tumori solidi”.
Un altro vantaggio è che il dispositivo può essere assemblato in mezza giornata e supporta esperimenti di due settimane, mentre i modelli animali richiedono mesi di preparazione. Questa tecnologia potrebbe in futuro consentire a ricercatori e clinici di testare le cellule tumorali di un paziente con diversi modelli terapeutici prima dell'inizio del trattamento. Invece di un approccio univoco, si potrebbe identificare quale trattamento specifico risulterebbe più efficace per ciascun paziente.
LE CAR-T DI QUARTA GENERAZIONE
L’idea alla base delle CAR-T, che ha ormai trent’anni, è quella di modificare i linfociti T del paziente in laboratorio per esprimere un recettore chimerico per l’antigene (CAR), che consente loro di individuare e attaccare specificamente le cellule tumorali. Come raccontato nel podcast realizzato da OTA “Reshape – Un viaggo nella medicina del futuro”, risale al 2012 il trattamento di Emily Whitehead, la bambina di sette anni affetta da una leucemia linfoblastica incurabile, con una prima versione di terapia a base di CAR-T messa a punto dal team di Carl June.
Oggi oltre 40 centri in Italia offrono questi innovativi farmaci per diversi tumori del sangue, non solo leucemie ma anche linfomi e mielomi. Le terapie CAR-T oggi in commercio (potete scaricare la tabella con la lista qui) sono già di seconda generazione, cioè sono caratterizzate da un recettore che, oltre alla catena CD3ζ intracellulare, include un dominio costimolatorio (CD28 o 4-1BB). Questo potenzia l’attivazione delle cellule modificate e ne migliora la persistenza nel tempo. Le CAR-T di terza generazione sono ancora in fase sperimentale e integrano più domini costimolatori, con un’ulteriore crescita dell’efficacia antitumorale e della sopravvivenza cellulare. Si stanno però già studiando le CAR-T di quarta generazione, dette “cellule corazzate”, che sono ingegnerizzate per produrre citochine pro-infiammatorie, potenziando così la risposta immunitaria contro il tumore (dello stato dell’arte e del futuro delle CAR-T, Osservatorio Terapie Avanzate ne ha parlato qui e qui)
NEGLI USA UNA ROADMAP PER RIDURRE LE SPERIMENTAZIONI ANIMALI
Tecnologie come queste fanno pensare a un futuro non molto lontano dove potremmo ricorrere sempre meno alla sperimentazione animale. La Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha recentemente annunciato un piano per eliminare gradualmente i requisiti di sperimentazione animale per anticorpi monoclonali e altri farmaci, rilasciando una tabella di marcia completa per ridurre la sperimentazione animale negli studi preclinici sulla sicurezza.
Il requisito della FDA in materia di sperimentazione animale sarà ridotto, perfezionato o potenzialmente sostituito utilizzando una serie di approcci – si legge nel comunicato stampa - tra cui modelli computazionali di tossicità e linee cellulari basati sull'intelligenza artificiale e test di tossicità su organoidi in laboratorio. L'implementazione di questa roadmap inizierà immediatamente per le domande di autorizzazione all'immissione in commercio di nuovi farmaci sperimentali (IND). Per determinare l'efficacia – continua - l'agenzia inizierà anche a utilizzare dati di sicurezza preesistenti, provenienti da esperienze reali, provenienti da altri Paesi, con standard normativi comparabili, dove il farmaco è già stato studiato sull'uomo.