Un sistema di imaging in vivo consente di monitorare in tempo reale il comportamento delle CAR-T, e altre terapie geniche, in tutto l’organismo. Fornendo dati importanti per l’efficacia e la sicurezza
Seguire dall’esterno una terapia a base di cellule è un po’ come cercare di capire l’andamento di una partita guardando solo il tabellone segnapunti. Possiamo intuire chi sta vincendo, ma ci sfuggono i passaggi chiave: chi ha segnato, quale formazione è in campo, se ci sono stati falli o cambi tattici decisivi. Le terapie avanzate sono farmaci vivi e, come i giocatori in campo, si muovono nell’organismo: non basta osservare la risposta del paziente, ma occorre sapere quanto le cellule si sono espanse, per quanto tempo sono sopravvissute e se si sono accumulate fuori bersaglio, con possibili conseguenze su efficacia e sicurezza. Uno studio pubblicato su Nature Biomedical Engineering dai ricercatori dell’università di Monaco (Germania) descrive un sistema di imaging PET (Tomografia a Emissione di Positroni) per tracciarle in modo quantitativo e non invasivo in tutto il corpo.
I RISCHI DEI FARMACI VIVI
Le terapie avanzate a base cellulare e genica – come le CAR-T – vengono spesso definiti come farmaci vivi: una volta somministrate non restano dove vengono iniettate, migrano, proliferano, si accumulano in determinati tessuti e possono persistere per settimane, mesi o anni. Queste informazioni sono cruciali, perché l’accumulo fuori bersaglio può contribuire a effetti collaterali difficili da controllare una volta somministrata la terapia. Proprio per questo si stanno sviluppando diverse strategie di sicurezza per le CAR-T, con i geni suicidi o sistemi ON/OFF (ne abbiamo parlato qui).
Nonostante ciò, la loro distribuzione nell’organismo viene spesso ricostruita solo indirettamente, attraverso biopsie o prelievi. Per migliorare il controllo di queste terapie, i ricercatori puntano invece a seguirle in tempo reale, per capire non solo se il trattamento è efficace, ma anche dove e per quanto tempo agisce.
I LIMITI DEI METODI DI IMAGING
I metodi di marcatura possono essere diretti (es. nanoparticelle di ossido di ferro) o indiretti. I primi consentono il tracciamento solo nelle fasi iniziali della terapia: il segnale si diluisce man mano che le cellule si dividono e può persistere anche dopo la loro morte o fagocitosi. Si tratta di un limite particolarmente critico per le CAR-T, che dopo l’attivazione possono espandersi in modo esplosivo a partire da una piccola frazione dell’inoculo iniziale.
L’alternativa indiretta è rappresentata dai reporter genici, geni artificiali inseriti nelle cellule per renderle visibili dall’esterno. In questo caso il segnale identifica solo le cellule vive e non si diluisce con la divisione, perché continua a essere espresso anche dalle cellule figlie. In ambito preclinico sono ampiamente utilizzati reporter ottici, come l’enzima luciferasi: le cellule emettono luce, che viene rilevata da una telecamera. Il problema, però, è fisico: la luce viene fortemente assorbita e diffusa dai tessuti biologici, per cui il segnale diminuisce rapidamente con la profondità e la quantificazione diventa imprecisa. Questo limita l’imaging ottico ai piccoli animali e lo rende di fatto inutilizzabile in organismi di grandi dimensioni, come l’uomo.
LA PET: IMAGING PROFONDO E TOTAL BODY
I ricercatori dell’Università di Monaco hanno utilizzato un approccio diverso, basato sulla tomografia a emissione di positroni (PET), una tecnica di imaging nucleare che sfrutta molecole marcate con radioisotopi. Quando il radioisotopo decade, emette un positrone che, annichilendosi con un elettrone, genera due fotoni gamma rilevati dallo scanner. A differenza della luce, i fotoni gamma attraversano i tessuti senza essere significativamente attenuati, consentendo un imaging tridimensionale profondo e su tutto il corpo.
La PET, inoltre, è già ampiamente impiegata in clinica, soprattutto in oncologia, e i moderni scanner raggiungono sensibilità nell’ordine delle picomoli, rendendo possibile rilevare quantità molto basse di bersaglio biologico. Nel contesto delle CAR-T, questa tecnica viene già esplorata anche come strumento predittivo di eventi avversi, come l’ICANS (Immune-effector Cell-Associated Neurotoxicity Syndrome), una sindrome neurologica che può insorgere nei giorni successivi all’infusione (Osservatorio Teraopie Avanzate ne aveva già parlato qui).
UN NUOVO REPORTER GENICO
Come reporter è stata scelta un’anticalina, una proteina ingegnerizzata della famiglia delle lipocaline, piccole molecole naturalmente deputate al trasporto di composti idrofobici. L’anticalina è compatta, stabile e non immunogenica, e presenta un’elevatissima affinità per il fluoro-18, un radioisotopo già ampiamente utilizzato in clinica.
Le cellule terapeutiche vengono ingegnerizzate per esprimere l’anticalina sulla loro superficie. Dopo l’infusione, il radioligando marcato con fluoro-18 viene somministrato per via sistemica e si lega selettivamente alle cellule che esprimono il reporter, mentre la frazione libera viene rapidamente eliminata dai reni. In questo modo, solo le cellule ingegnerizzate diventano visibili alla PET e il segnale di fondo rimane minimo.
I TEST SU CELLULE E ANIMALI
In vitro, le cellule che esprimono il reporter hanno mostrato un legame con il radioligando oltre 800 volte superiore rispetto ai controlli. Nei modelli animali, il sistema si è dimostrato sicuro, con rapida eliminazione da parte dei reni e accumulo trascurabile nei tessuti off target. Il sistema è stato utilizzato per monitorare l’espansione e la migrazione delle CAR-T per quattro settimane in un modello murino di linfoma, visualizzandone l’accumulo nella milza, la successiva migrazione al midollo osseo e la ridistribuzione nei tessuti. La PET ha rilevato circa 1.200 CAR-T nel midollo, un dato confermato anche da tecniche indipendenti come la citofluorimetria.
Lo stesso reporter ha permesso di quantificare anche la trasduzione genica mediata dal virus adeno-associato AAV9, molto usato nelle terapie geniche, mostrando una relazione lineare tra dose virale e segnale PET in diversi organi e una stabilità dell’espressione nel tempo.
Lo studio dimostra che le terapie avanzate possono essere monitorate in tempo reale con una precisione spaziale e quantitativa senza precedenti. Il nuovo strumento di imaging permette di sapere non solo dove sono le cellule, ma anche quante sono, offrendo una misura diretta della massa cellulare e un maggiore controllo su sicurezza ed efficacia. Un passo essenziale per rendere terapie complesse e “vive” sempre più controllabili.