Uno zucchero batterico potenzia un vaccino sperimentale contro il cancro nei topi

Secondo quanto riportato da Scienmag, uno zucchero prodotto da un batterio lattico è stato utilizzato per sviluppare un vaccino sperimentale contro il cancro, che nei topi ha generato una risposta immunitaria antitumorale più forte e migliorato l’efficacia di un’immunoterapia già affermata.

La piattaforma, descritta dai ricercatori su Materials Today Bio, utilizza un esopolisaccaride chiamato EPS233. La sostanza è stata isolata da Lacticaseibacillus paracasei, un batterio lattico, e selezionata nell’ambito di un programma di screening che ha coinvolto 20 zuccheri batterici. I ricercatori hanno scoperto che EPS233 poteva assemblarsi spontaneamente in una nanoparticella, trasportando al contempo un antigene tumorale e un farmaco immunostimolante.

I risultati affrontano un ostacolo persistente nella ricerca sui vaccini contro il cancro. Molti vaccini sperimentali hanno faticato a produrre un numero sufficiente di cellule T CD8-positive, in grado di riconoscere e uccidere le cellule maligne. Il nuovo approccio è progettato per migliorare questa risposta combinando in un’unica struttura il trasporto e l’attivazione immunitaria.

Un sistema di trasporto ad autoassemblaggio

EPS233 è anfipatico, il che significa che alcune parti della sua struttura molecolare interagiscono con l’acqua, mentre altre la evitano. Quando è stato immerso in acqua, lo zucchero ha formato particelle sferiche larghe circa 27 nanometri. I ricercatori hanno affermato che queste dimensioni potrebbero aiutare le particelle a raggiungere i linfonodi, dove vengono organizzate le risposte immunitarie.

L’esopolisaccaride aveva una massa molecolare media di circa 77,6 kilodalton e conteneva una struttura portante ricca di mannosio. Questa composizione era importante perché lo zucchero poteva stimolare la segnalazione immunitaria oltre a trasportare gli altri componenti del vaccino.

Per la formulazione del vaccino, il team ha associato EPS233 all’ovalbumina, utilizzata come antigene tumorale modello, e al resiquimod, o R848. R848 attiva i recettori immunitari innati TLR7 e TLR8, ma le versioni libere del composto possono causare un’infiammazione eccessiva. La formulazione combinata, chiamata EPS@R848/OVA, ha prodotto particelle leggermente più grandi di 37 nanometri e ha racchiuso circa l’84% di ciascun carico.

La modellizzazione di laboratorio ha indicato che lo zucchero e R848 potevano legarsi naturalmente, aiutando i tre ingredienti a rimanere insieme. I test di rilascio hanno suggerito che le particelle restavano relativamente stabili al normale pH fisiologico, ma si aprivano più facilmente nell’ambiente acido dei lisosomi cellulari. In quelle condizioni, oltre la metà dell’antigene è stata rilasciata entro 24 ore, rendendolo disponibile all’interno delle cellule dendritiche, le cellule immunitarie responsabili dell’avvio delle risposte delle cellule T.

Attivazione più forte delle cellule immunitarie

Il sistema di trasporto sembrava inoltre ridurre gli effetti sistemici dannosi di R848. I topi che avevano ricevuto R848 libero insieme all’antigene hanno manifestato un aumento delle citochine infiammatorie entro sei ore e una temporanea perdita di peso. Questi effetti non sono stati osservati con la formulazione nanoparticellare, che sembrava trattenere il farmaco e rilasciarlo più gradualmente.

I test su cellule dendritiche e fibroblasti hanno rilevato una tossicità ridotta alle concentrazioni terapeutiche. Nei test di emolisi, le particelle non hanno inoltre causato danni ai globuli rossi superiori a quelli provocati dalla soluzione salina. I trattamenti ripetuti non hanno prodotto anomalie visibili nel cuore, nel fegato, nella milza, nei polmoni o nei reni, mentre i valori ematici sono rimasti normali.

Una volta entrato nelle cellule dendritiche, il vaccino veniva assorbito rapidamente e usciva gradualmente dai lisosomi. Questo era importante perché gli antigeni confinati nei lisosomi possono essere degradati invece di essere esposti alle cellule T. Le cellule trattate mostravano livelli più elevati di molecole MHC-I portatrici dell’antigene e dei marcatori di attivazione CD40, CD80 e CD86. Rilasciavano inoltre diverse proteine di segnalazione immunitaria, tra cui interferone-beta, IL-6, TNF-alpha e IL-12p70.

I ricercatori hanno collegato questi effetti a due vie cooperanti. EPS233 attivava il recettore Dectin-2 e la relativa via di segnalazione Syk-CARD9, mentre R848 stimolava la via TLR7-MyD88-IRF7. Insieme, aumentavano l’attività dell’interferone di tipo I e miglioravano il processo attraverso il quale le cellule dendritiche presentano gli antigeni tumorali alle cellule T CD8-positive. Gli studi sull’espressione genica hanno inoltre rilevato livelli più elevati di Irf8 e Batf3, che contribuiscono alla produzione della popolazione di cellule dendritiche specializzata nella presentazione crociata.

Nei topi, le particelle sono rimaste vicino al sito di iniezione per oltre 120 ore, ma hanno raggiunto i linfonodi vicini entro sei ore. Sono state assorbite da cellule dendritiche, macrofagi e cellule B, compreso un raro sottotipo di cellule dendritiche considerato particolarmente efficace nell’attivazione delle cellule T citotossiche. Una miscela degli stessi ingredienti priva di assemblaggio nanoparticellare non ha prodotto risultati equivalenti, suggerendo che la struttura in sé fosse fondamentale.

Controllo del tumore e terapia con inibitori dei checkpoint

I topi vaccinati hanno sviluppato popolazioni più ampie di cellule T CD8-positive attivate e multifunzionali, oltre a risposte CD4 di tipo Th1, cellule B dei centri germinativi e anticorpi antigene-specifici. Negli esperimenti preventivi sul melanoma, gli animali sottoposti a inoculazione con cellule B16F10-OVA avevano un peso tumorale inferiore di circa il 52% rispetto ai topi che avevano ricevuto i componenti separatamente.

Il trattamento ha funzionato anche contro tumori già formati. In un modello terapeutico di melanoma, ha ridotto di circa la metà il volume tumorale medio rispetto ai controlli trattati con il solo adiuvante. I tumori contenevano più cellule CD8 e CD4 attivate che producevano interferone-gamma, TNF-alpha e granzima B, oltre a un numero inferiore di cellule T regolatorie e di cellule soppressorie di derivazione mieloide. Una versione che utilizzava il peptide GP33 ha ridotto anche i noduli metastatici polmonari.

I risultati più significativi sono emersi quando il vaccino è stato combinato con la terapia anti-PD-1. In un modello ortotopico di melanoma B16F10-GP33, la combinazione ha ridotto il peso tumorale del 98,1% e prolungato la sopravvivenza mediana a 41 giorni, rispetto ai 32 giorni ottenuti con il solo anti-PD-1. In un modello di metastasi polmonare, il carico tumorale è diminuito dell’88,1%, mentre la sopravvivenza mediana ha raggiunto 33 giorni, contro i 25 giorni del solo trattamento con anticorpi.

I ricercatori suggeriscono che il vaccino possa rendere i tumori scarsamente infiammati più accessibili alla terapia con inibitori dei checkpoint, fornendo una risposta attiva delle cellule T. Lo studio resta una prova di concetto preliminare: ha utilizzato antigeni modello e il melanoma nei topi, anziché neoantigeni personalizzati o bersagli tumorali umani già consolidati. Saranno necessari questi test per determinare se uno zucchero di origine probiotica possa infine sostenere un vaccino contro il cancro destinato all’uso clinico.