I globuli rossi fanno molto di più che trasferire l’ossigeno dai polmoni ai nostri organi: aiutano anche il corpo a combattere le infezioni catturando gli agenti patogeni sulla loro superficie, neutralizzandoli e presentandoli alle cellule immunitarie della milza e del fegato. Ora, un team di ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard e della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ha sfruttato questa capacità innata per costruire una piattaforma tecnologica che utilizza i globuli rossi per generare una risposta immunitaria.
Questo approccio ha rallentato con successo la crescita di tumori cancerosi nei topi e potrebbe anche essere utilizzato come adiuvante biocompatibile per una varietà di vaccini. La tecnologia, chiamata Erythrocyte-Driven Immune Targeting (EDIT), è stata riportata su PNAS.
“La milza è uno dei migliori organi del corpo da prendere di mira quando si genera una risposta immunitaria, perché è uno dei pochi organi in cui i globuli rossi e bianchi interagiscono naturalmente”, ha riferito l’autore senior Samir Mitragotri. “L’innata capacità dei globuli rossi di trasferire i patogeni attaccati alle cellule immunitarie è stata scoperta solo di recente e questo studio apre la porta a una serie entusiasmante di sviluppi futuri nel campo dell’utilizzo di cellule umane per il trattamento e la prevenzione delle malattie”.
Come trasportare gli antigeni nella milza
Usare i globuli rossi come veicoli per la somministrazione di farmaci non è un’idea nuova, ma la stragrande maggioranza delle tecnologie esistenti prende di mira i polmoni, perché la loro fitta rete di capillari fa sì che i carichi si staccino dai globuli rossi mentre si spremono attraverso i minuscoli vasi. Il team di ricerca di Mitragotri doveva prima capire come fare in modo che gli antigeni si attaccassero ai globuli rossi abbastanza forte da resistere al taglio e raggiungere la milza.
Hanno rivestito nanoparticelle di polistirene con ovoalbumina, una proteina antigenica nota per causare una lieve risposta immunitaria, quindi le hanno incubate con globuli rossi di topo. Il rapporto di 300 nanoparticelle per cellula del sangue ha prodotto il maggior numero di nanoparticelle legate alle cellule, ritenzione di circa l’80% delle nanoparticelle quando le cellule sono state esposte allo stress di taglio trovato nei capillari polmonari e una moderata espressione di una molecola lipidica chiamata fosfatidilserina (PS) sulle membrane delle cellule.
“Un alto livello di PS sui globuli rossi è essenzialmente un segnale che fa sì che vengano digeriti dalla milza quando sono stressati o danneggiati, cosa che volevamo evitare. Speravamo che una quantità inferiore di PS avrebbe lasciato assorbire le nanoparticelle rivestite di antigene dei globuli rossi senza che le cellule stesse venissero distrutte”, ha detto Anvay Ukidve, laureata studente del laboratorio Mitragotri e co-primo autore.
Per testare questa ipotesi, il team ha iniettato globuli rossi rivestiti con le loro nanoparticelle nei topi, quindi le ha monitorate mentre si accumulavano nei loro corpi. 20 minuti dopo l’iniezione, più del 99% delle nanoparticelle erano state eliminate dal sangue degli animali e più nanoparticelle erano presenti nelle loro milze piuttosto che nei loro polmoni. Il maggiore accumulo di nanoparticelle nella milza è persistito fino a 24 ore e il numero di globuli rossi in circolazione è rimasto invariato, dimostrando che i globuli rossi avevano consegnato con successo i loro carichi alla milza senza essere distrutti.
Vaccini efficaci e senza adiuvanti
Dopo aver confermato che le loro nanoparticelle sono state consegnate con successo alla milza in vivo, i ricercatori hanno successivamente valutato se gli antigeni sulle superfici delle nanoparticelle inducessero una risposta immunitaria. Ai topi è stato iniettato il vaccino una volta alla settimana per tre settimane, quindi sono state analizzate le loro cellule della milza. I topi trattati hanno mostrato 8 volte e 2,2 volte più cellule T che mostravano l’antigene ovoalbumina erogato rispetto ai topi a cui erano state somministrate nanoparticelle “libere” o che non erano stati trattati, rispettivamente. I topi trattati con hanno anche prodotto più anticorpi contro l’ovoalbumina nel sangue rispetto a uno degli altri gruppi di topi.
Per vedere se queste risposte immunitarie indotte potessero potenzialmente prevenire o curare la malattia, il team ha ripetuto l’iniezione profilattica di tre settimane nei topi, quindi li ha inoculati con cellule di linfoma che esprimevano ovoalbumina sulla loro superficie. I topi hanno avuto una crescita tumorale circa tre volte più lenta rispetto al gruppo di controllo e al gruppo che ha ricevuto nanoparticelle libere e avevano un numero inferiore di cellule cancerose vitali. Questo risultato ha aumentato significativamente la finestra di tempo durante la quale il tumore poteva essere trattato prima che i topi soccombessero alla malattia.
“EDIT essenzialmente è una piattaforma di vaccini priva di adiuvanti. Parte del motivo per cui lo sviluppo di un vaccino oggi richiede così tanto tempo è che gli adiuvanti stranieri somministrati insieme a un antigene devono passare attraverso una sperimentazione clinica completa per ogni nuovo vaccino”, ha affermato Zongmin Zhao, co-primo autore dell’articolo. “I globuli rossi sono stati trasfusi in modo sicuro nei pazienti per secoli e la loro capacità di migliorare le risposte immunitarie potrebbe renderli un’alternativa sicura agli adiuvanti stranieri, aumentando l’efficacia dei vaccini e la velocità di creazione del vaccino”.
Il team sta continuando a lavorare per capire esattamente come una risposta immunitaria specifica per l’antigene presentato da EDIT sia generata dagli APC della milza e prevede di testarla con altri antigeni oltre l’ovoalbumina. Sperano di utilizzare queste informazioni aggiuntive per guidare la loro ricerca delle impostazioni cliniche ottimali per la tecnologia.
“Il corpo umano è un tesoro di soluzioni eleganti ai problemi sanitari e, sebbene la medicina abbia fatto molta strada nella comprensione di questi meccanismi, siamo ancora nelle prime fasi per poterli sfruttare per migliorare la durata e la qualità della vita umana. Questa ricerca è un entusiasmante passo avanti verso questo obiettivo e potrebbe cambiare drasticamente il modo in cui le risposte immunitarie vengono modulate nei pazienti”, ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute Donald Ingber.
