Movendo a agulha no monitoramento do câncer de pele – Strong The One

Pacientes com melanoma, a forma mais preocupante de câncer de pele em que as células produtoras de pigmento começam a crescer fora de controle, podem se beneficiar das imunoterapias existentes, mas nem todas o fazem. Mais de 50% dos pacientes não respondem às drogas imunoterápicas atuais e, entre os que respondem inicialmente, muitos tornam-se resistentes aos efeitos das drogas. Assim, além de desenvolver imunoterapias mais eficazes, os médicos precisam ser capazes de determinar quais pacientes respondem bem no início dos tratamentos e quais mantêm ou param de responder para tomar as melhores decisões terapêuticas.

Como as lesões cutâneas cancerígenas de pacientes com melanoma são facilmente acessíveis, uma maneira eficaz de erradicá-las seria aplicar imunoterapias localmente, em vez de infundi-las sistemicamente na circulação sanguínea. Além disso, monitorar a reação do sistema imunológico à terapia diretamente no local do tumor, medindo de forma sensível e contínua diferentes biomarcadores que sinalizam a ativação pretendida de células imunes e uma resposta inflamatória desejável, poderia permitir um atendimento melhor e mais personalizado ao paciente.

Agora, uma equipe de pesquisa do Wyss Institute na Harvard University, MIT e Brigham and Women’s Hospital em Boston desenvolveu uma nova abordagem que integra uma plataforma de microagulhamento minimamente invasiva e indolor capaz de absorver o fluido contendo biomarcadores que envolve a célula de tecidos mais profundos. camadas da pele com um método ultrassensível de detecção de molécula única (Simoa) que detecta biomarcadores frequentemente raros, mas relevantes, com maior sensibilidade do que os métodos convencionais. Os pesquisadores forneceram uma prova de conceito para sua abordagem em um modelo de melanoma de camundongo no qual trataram lesões cancerígenas com uma nova terapia. A terapia atua localmente nas lesões tumorais, pois combina ultrassom focalizado não invasivo (FUS), que gera calor no local do tumor para matar instantaneamente as células tumorais, com a entrega de um ativador ligado a nanopartículas previamente desenvolvido de uma proteína indutora de inflamação conhecido como estimulador de genes de interferon (STING). As descobertas são relatadas em Materiais funcionais avançados.

“A leitura rápida das respostas à terapia de melanoma usando microagulhas pode permitir a triagem eficaz de drogas e a estratificação do paciente para maximizar os benefícios terapêuticos”, disse Natalie Artzi, Ph.D., membro do corpo docente associado da Wyss, que liderou o estudo. Artzi também é professor associado de medicina na Harvard Medical School (HMS) e principal pesquisador do Institute for Medical Engineering and Science do MIT.

Imunoterapia feita localmente

Artzi e seu grupo desenvolveram pela primeira vez uma imunoterapia aplicada localmente para melanoma que alavancou alguns de seus métodos e conhecimentos pioneiros anteriormente. Em uma publicação recente, que se baseou no fato conhecido de que a ativação da proteína STING indutora de inflamação contribui para a morte de células tumorais, eles relataram uma maneira significativamente mais eficaz de ativar a proteína em células imunes. Os ativadores naturais (agonistas) do STING não são suficientemente estáveis ​​no corpo e precisam ser administrados em altas doses que também podem produzir efeitos colaterais. A solução do grupo foi fornecer várias cópias de um agonista STING sintético, chamado de dinucleotídeo cíclico sintético (CDN), através da nanopartículas (NP) que atravessam facilmente a membrana plasmática e, com a ajuda de uma reação enzimática projetada, liberam sua carga dentro das células. Este terapêutico CDN-NP pode ser injetado diretamente em ou perto de lesões cutâneas cancerígenas para aumentar adicionalmente a concentração da droga nos tumores.

“Aqui, optamos por aumentar o processamento de antígenos de células tumorais moribundas após ultrassom focalizado, juntamente com a administração de agonista STING no microambiente do tumor, para coordenar uma resposta imune mais ampla”, disse o primeiro autor Daniel Dahis, Ph.D. Dahis, é um Cientista de Pesquisa na startup BioDevek, e realizou seu trabalho de pós-graduação no estudo com Artzi enquanto era co-supervisionado pelo co-autor Haim Azhari, Ph.D., Professor do Technion Israel Institute of Technology e especialista em imagiologia médica.

A equipe mostrou pela primeira vez que o tratamento com ultrassom focalizado (FUS), que aumenta transitoriamente e em pequenas áreas a temperatura até 60°C, potencializou os efeitos do tratamento com CDN-NP em co-culturas de células imunes e cancerígenas em um prato e em tumores de melanoma em camundongos, que eles trataram com a combinação. É importante ressaltar que 60 dias após o tratamento, todos os animais que receberam apenas a terapia FUS morreram, enquanto 75% dos animais que receberam apenas a terapia CDN-NP ainda estavam vivos – o tratamento combinado permitiu que 100% dos animais de seu grupo sobrevivessem.

Explorando profundamente os biomarcadores da pele

Para investigar se os benefícios de sobrevivência da terapia combinada se refletem nos níveis de biomarcadores no local do tumor, o que no futuro pode se traduzir no monitoramento de respostas em pacientes humanos tratados com imunoterapia, o grupo de Artzi já havia desenvolvido um novo tipo de minimamente microagulhas invasivas feitas de ácido hialurônico e, em princípio, podem ser usadas para administrar medicamentos e detectar biomarcadores simultaneamente. Esses dispositivos atingem as camadas inferiores (dérmicas) da pele, onde o polímero encontra o fluido que envolve as células da pele, o chamado fluido intersticial da pele (ISF) e, como uma esponja, absorve pequenas quantidades dele. “Apenas alguns microlitros de ISF obtidos com microagulhas fornecem uma riqueza de informações de biomarcadores, pois células normais da pele, células imunes locais e células cancerígenas secretam constantemente diversas moléculas e metabólitos de sinalização”, disse Dahis. “Depois que as microagulhas são recuperadas, suas pontas podem ser simplesmente dissolvidas para liberar as moléculas capturadas em um tubo de ensaio para iniciarmos a análise do biomarcador”.

No entanto, enquanto os pesquisadores viram o FUS claramente adicionado à resposta imune evocada pelo CDN-NP em tumores, muitos biomarcadores de interesse, incluindo genes que são ativados pela proteína STING ativada, eram pouco detectáveis ​​ou não detectáveis ​​usando métodos convencionais. Para superar esse gargalo, a equipe de Artzi uniu forças com a de David Walt, Ph.D., membro do corpo docente do Wyss Core, que já havia desenvolvido a tecnologia Simoa, que possui habilidades ultrassensíveis de detecção de biomarcadores. O Simoa essencialmente permite que os pesquisadores capturem uma proteína biomarcadora de interesse com uma molécula específica de anticorpo que está ligada a uma esfera magnética muito maior em tamanho do que o próprio anticorpo. A proteína ligada é então “sanduichada” com a ajuda de um segundo anticorpo detector em poços individuais de uma placa de poços múltiplos, cada um cabendo apenas uma esfera magnética. O anticorpo detector é marcado com uma enzima que gera um sinal fluorescente no poço. Assim, o Simoa permite a contagem digital de proteínas biomarcadoras individuais em um nível de molécula única, que supera em muito a sensibilidade dos ensaios de detecção comumente usados.

Co-autor Tal Gilboa, Ph.D. da equipe de Walt desenvolveram quatro ensaios Simoa para detectar moléculas cuja expressão é ativada por STING: interferon-b (IFN-b), MCP-1 e KC, que atraem células imunes para tumores, assim como o marcador geral de inflamação interleucina-6 (IL-6). De fato, isso permitiu que os pesquisadores detectassem esses biomarcadores em amostras de ISF extraídas com microagulhas com sensibilidades aumentadas de 100 a 1.000 vezes em comparação com os ensaios comumente usados, e as medições espelharam as medições Simoa paralelas dos mesmos biomarcadores em amostras de sangue. “Foi impressionante ver que os animais com a resposta pró-inflamatória mais pronunciada também foram os que sobreviveram por mais tempo”, disse Dahis.

“A notável tecnologia de microagulhas do laboratório Artzi contendo nanoestruturas projetadas, em princípio, permite a administração de medicamentos e a microamostragem – um conceito completamente novo para um teranóstico, que fornece uma solução ideal, não invasiva e abrangente para o tratamento de melanoma”, disse Walt, quem também é o Hansjörg Wyss Professor de Engenharia Biologicamente Inspirada na Harvard Medical School (HMS), professor de patologia no Brigham and Women’s Hospital e professor do Howard Hughes Medical Institute (HHMI). Walt, juntamente com o co-autor Rushdy Ahmad, Ph.D., lidera o Wyss Diagnostic Accelerator, que visa encurtar o prazo para diagnósticos urgentemente necessários em várias áreas de doenças, incluindo câncer.

“Este trabalho é um belo exemplo de colaboração interdisciplinar e convergência de tecnologias de ponta pelas quais nos esforçamos no Wyss Institute. Este novo avanço tem o potencial de elevar a qualidade da imunoterapia contra o câncer para o próximo nível, avaliando diretamente a eficácia terapêutica em indivíduos pacientes”, disse o diretor fundador da Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., que também é o Judah Folkman Professor de Biologia Vascular na Harvard Medical School e no Boston Children’s Hospital, e o Hansjörg Wyss Professor de Engenharia Bioinspirada na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.

Outros autores do estudo são Michelle Dion, Alexander Cryer, Pere Dosta, Mariana Alonso, Michael Lewandowski, Núria Puigmal, Gonzalo Muños Taboada e Haim Azhari. O estudo foi financiado pelo Technion Institute of Technology, o MIT-Israel Zuckerman STEM Fund (sob o prêmio # 2214110), o Technion Integrated Cancer Center, o Wyss Institute’s Diagnostic Accelerator (DxA) e um Binational Science Fund-Prof. Rahamimoff Travel grant, bem como um Weizmann Institute of Science Women’s Development Award.