Control directo de células dendríticas para seguimiento y modulación inmunitaria

Esta imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) muestra células dendríticas esféricas que se congregan dentro del andamio de biomaterial. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.

Las células dendríticas (DC) son una de las primeras líneas de defensa de nuestro cuerpo contra los invasores y están estacionadas como centinelas en todas las superficies internas y externas, así como en la mayoría de nuestros órganos. Cuando detectan algo extraño, se activan y migran a los ganglios linfáticos, donde presentan la sustancia extraña a las células B y T para iniciar una respuesta protectora. Este papel crucial en la activación de las respuestas inmunitarias hace que las DC sean un objetivo atractivo para la inmunoterapia, pero hasta el momento no existe tecnología que pueda etiquetar, rastrear y apuntar de manera efectiva a las DC en el cuerpo.

Ahora, los investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) han creado un nuevo enfoque que puede etiquetar con éxito las CD in vivo utilizando una molécula de azúcar diseñada que es absorbida por las CD, procesadas por su metabolismo y mostradas en sus superficies. Esa misma molécula también sirve como objetivo, lo que permite que una amplia gama de moléculas se entreguen directamente a los países en desarrollo a través de la química de «clic» para modular su comportamiento. Cuando se administró a ratones con tumores cancerosos, este sistema aumentó drásticamente su tiempo de supervivencia y redujo el tamaño de sus tumores. La investigación se publica hoy en Nature Materials.

«Las técnicas anteriores que intentaban etiquetar las DC requerían sacarlas del cuerpo y manipularlas, lo que puede cambiar drásticamente su comportamiento cuando se vuelven a introducir», dijo Hua Wang. , Ph.D., becario de desarrollo tecnológico en el Instituto Wyss en el laboratorio del miembro de la facultad principal de Wyss, David Mooney, Ph.D. «El nuevo sistema que hemos desarrollado permite que las DC se etiqueten fácilmente dentro del cuerpo y también se pueden usar para modular sus interacciones con las células T, lo que es muy prometedor para tratar el cáncer y otras enfermedades».

Pour un poco de azúcar en mí

La técnica desarrollada por Wang y sus colegas aprovecha el hecho de que las células vivas metabolizan continuamente diferentes tipos de azúcares en moléculas que luego se muestran en sus membranas, donde sirven una variedad de funciones Primero, el equipo diseñó una molécula de azúcar sintética que no se encuentra en la naturaleza, llamada azúcar azido, que las DC internalizan fácilmente y procesan en una molécula de azida que muestran en sus superficies externas durante más de dos semanas.

Si bien los azúcares azido etiquetaron de manera confiable las CD in vitro, el equipo necesitaba una forma de mover ese proceso dentro del cuerpo. Recurrieron a una técnica que había sido utilizada previamente por el laboratorio Mooney dentro de la plataforma de Inmuno-Materiales del Instituto Wyss para concentrar y ajustar las CD para tratar el cáncer: andamios de biomateriales. Estos hidrogeles porosos y biocompatibles se implantan en el cuerpo, donde liberan una citoquina llamada factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF) que atrae a las CD.

El equipo sembró estos andamios con nanopartículas hechas de azido polímeros de azúcar, luego los implantaron en ratones vivos. Después de tres días, cuando la concentración de DC dentro de los andamios alcanzó su punto máximo, los andamios implantados se expusieron a una radiación ultrasónica inofensiva, que aflojó los enlaces del andamio de hidrogel y permitió que las nanopartículas de azúcar azido se liberaran y posteriormente fueran absorbidas y procesadas por los DC.

Para probar la fiabilidad con la que sus moléculas de azúcar azido permitieron rastrear las DC marcadas, los investigadores contaron la cantidad de DC positivas para azida presentes en los ganglios linfáticos de los ratones, que es donde las DC se congregan naturalmente después de vigilar el cuerpo. Encontraron un gran número de CD positivas para azida en los ganglios linfáticos de los ratones que habían recibido el andamio de hidrogel cargado de azúcar y el tratamiento con ultrasonido, en comparación con los ratones que habían recibido un andamio sin ultrasonido o un andamio en blanco. La etiqueta de azida persistió en las superficies de las CD en los ganglios linfáticos hasta por 21 días, lo que indica que podrían usarse para el seguimiento a más largo plazo y el estudio de la actividad de las CD.

«Las vacunas contra el cáncer como la desarrollada en nuestro laboratorio dependen de la migración de CD activadas desde un andamio de biomaterial hacia los ganglios linfáticos del cuerpo para que puedan preparar las células T contra un antígeno dado, pero anteriormente no había forma de ver que ese paso ocurriera. Ahora, tenemos una forma de rastrear y cuantificar los DC para que podamos asegurarnos de que lleguen a donde deben ir», dijo Wang.

Entregar directamente a los DC

Poder etiquetar y rastrear los DC in vivo fue una logro propio, pero las aspiraciones del equipo fueron un paso más allá. ¿Podrían usar esas mismas etiquetas para controlar el comportamiento de los DC? Para responder a esa pregunta, recurrieron a la química del clic, que se refiere a pares de pequeñas moléculas biocompatibles que se unen rápida, irreversible y específicamente entre sí. El socio químico del clic de los grupos Azido es una molécula llamada dibenzociclooctino (DBCO), por lo que los investigadores plantearon la hipótesis de que podrían entregar «cargas» moleculares directamente a las CD en los ganglios linfáticos uniéndolas a DBCO.

El equipo primero conjugó DBCO a una molécula fluorescente llamada Cy5 y la inyectó en ratones que habían recibido el tratamiento de andamio + ultrasonido, y observó un marcado aumento en la fluorescencia en los ganglios linfáticos de los animales, lo que indica que DBCO-Cy5 de hecho se había alojado en las DC que se habían congregado allí.

Con base en este resultado positivo, los investigadores luego intentaron unir DBCO a una variedad de citocinas, que son proteínas que transmiten señales entre las células y se sabe que impulsan e influyen en las respuestas inmunitarias. Una citoquina llamada IL-15/IL-15R, una vez que se presenta en la superficie de las CD, puede iniciar la proliferación de células T CD8+ y células asesinas naturales, que atacan y matan a los patógenos. Cuando el equipo inyectó IL-15/IL-15R unido a DBCO en ratones que habían recibido el tratamiento de andamiaje + ultrasonido, sus CD marcadas con azida capturaron con éxito la citocina a través de la química de clic.

Para probar la capacidad de Con la citoquina capturada para activar efectivamente una respuesta de células T, los investigadores prepararon el sistema inmunológico de los ratones no tratados con dos péptidos que el cuerpo reconoce como «extraños» y generaron CD que muestran tanto péptidos como moléculas de azida en sus superficies. Luego inyectaron IL-15/IL-15R unido a DBCO para inducir a las DC a presentar los péptidos a las células T. Los ratones que recibieron la citoquina dirigida generaron una respuesta de células T más fuerte contra los péptidos y, lo que es más importante, no mostraron efectos secundarios negativos, ya que este enfoque requiere una dosis de citoquina 100 veces menor que la utilizada en estudios anteriores.

Química que hace clic para combatir el cáncer

Para la prueba de resistencia, el equipo probó el rendimiento de su sistema de marcado de CC contra el cáncer en ratones vivos. Después de recibir el tratamiento de andamiaje + ultrasonido, a los ratones con DC marcadas con azida en sus ganglios linfáticos se les inyectó DBCO unido a un péptido llamado E7, que se expresa en los cánceres asociados al virus del papiloma humano (VPH), así como DBCO unido a CpG. , una molécula corta de ADN monocatenario que estimula el sistema inmunitario. Estos ratones mostraron cantidades significativamente más altas de células T CD8+ que eran activas contra E7 en comparación con los ratones que recibieron E7 y CpG «libres», lo que indica que el DBCO había entregado con éxito sus cargas a las DC, que habían cebado las células T. Esta respuesta de células T brindó protección total contra el cáncer cuando los ratones fueron posteriormente inyectados con células de cáncer de pulmón que expresan E7. El sistema también trató eficazmente a los ratones con tumores de cáncer de pulmón establecidos; aquellos que lo recibieron tuvieron un crecimiento tumoral más lento y una supervivencia libre de tumores más larga que los ratones que recibieron un andamio de hidrogel vacío o ningún tratamiento.

«Fundamentalmente, este es una tecnología que nos permite etiquetar células y apuntarlas de una manera muy precisa en el cuerpo. En este estudio, demostramos que tiene eficacia para la inmunoterapia contra el cáncer, pero también tiene el potencial de usarse en otros contextos donde desee para poder controlar cómo las células interactúan entre sí», dijo Mooney, quien también es profesor de bioingeniería de la familia Robert P. Pinkas en SEAS.

El laboratorio de Mooney continúa explorando diferentes tipos de moléculas que se puede entregar a los CD a través de este sistema, y planea aplicarlo para estudiar y mediar otras interacciones de células inmunitarias.

«Este esfuerzo muestra cómo los andamios de biomateriales inmunomoduladores ofrecen un enfoque completamente nuevo y poderoso para tratar enfermedades es, incluidos varios tipos de cáncer, al dirigirse a las células dendríticas. También abre una ventana completamente nueva para estudiar cómo funciona nuestro sistema inmunológico, lo que podría conducir a intervenciones para una amplia gama de trastornos», dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es profesor de Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children’s Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.

Explore más

El sistema de detección de tumores utiliza los propios mecanismos del cáncer para revelar su ubicación Más información: Etiquetado metabólico y modulación dirigida de células dendríticas, Nature Materials (2020).DOI: 10.1038/s41563-020-0680-1, www.nature.com/articles/s41563-020-0680-1 Información del diario : Nature Materials

Proporcionado por la Universidad de Harvard Cita: Control directo de las células dendríticas para el seguimiento y la modulación inmunitaria (18 de mayo de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress .com/news/2020-05-dendritic-cells-tracking-immune-modula tion.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.