Τεχνητός λεμφαδένας πολεμά τον καρκίνο

Ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς ανέπτυξαν έναν τεχνητό λεμφαδένα ο οποίος πολεμά τον καρκίνο, σύμφωνα με νέα μελέτη που διεξήχθη σε ποντίκια και η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Advanced Materials».

«Εκπαιδευτήριο» των Τ κυττάρων

Ο νέος τεχνητός λεμφαδένας – ένας σάκος γεμισμένος με «συστατικά» του ανοσοποιητικού συστήματος – εμφυτεύεται κάτω από το δέρμα και είναι σχεδιασμένος ώστε να λειτουργεί ως ένα «εκπαιδευτήριο» το οποίο διδάσκει στα Τ κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος να αναγνωρίζουν και να εξολοθρεύουν τα καρκινικά κύτταρα.

Ο πολύτιμος ρόλος των λεμφαδένων

Οι λεμφαδένες – μικροσκοπικοί αδένες που βρίσκονται διάσπαρτοι σε ολόκληρο το σώμα αλλά εντοπίζονται κυρίως στον λαιμό, στις μασχάλες και στη βουβωνική χώρα – αποτελούν μέρος του ανοσοποιητικού συστήματος των θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των ποντικιών και των ανθρώπων. Υπάρχουν εκατοντάδες τέτοιοι αδένες μέσα στον οργανισμό έτσι ώστε τα ανοσοκύτταρα σε μία περιοχή του σώματος να μην χρειάζεται να ταξιδεύουν μακριά ώστε να ειδοποιούν το ανοσοποιητικό σύστημα για έναν επικείμενο κίνδυνο σε μια άλλη απομακρυσμένη περιοχή του.

Τα ποντίκια με μελάνωμα και καρκίνο του παχέος εντέρου εμφάνισαν καλύτερα ποσοστά επιβίωσης

«Οι λεμφαδένες αποτελούν τη ‘φωλιά’ όπου τα Τ κύτταρα, οι κύριοι πολεμιστές του ανοσοποιητικού συστήματος, παραμένουν σε ύπνωση, περιμένοντας να ‘ξυπνήσουν’ όταν χρειαστεί να αντιμετωπίσουν λοιμώξεις ή άλλα μη φυσιολογικά κύτταρα» εξήγησε η δρ Νάταλι Λίβινγκστον, πρώτη συγγραφέας της νέας μελέτης, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης και προσέθεσε: «Οι καρκίνοι μπορούν να ‘ξεγελάσουν’ τα Τ κύτταρα και να τα κάνουν να παραμένουν σε ύπνωση. Ο τεχνητός λεμφαδένας μας είναι λοιπόν έτσι σχεδιασμένος ώστε να πληροφορεί και να ενεργοποιεί τα Τ κύτταρα που εγχέονται μαζί του στον οργανισμό».

Καλλιτεχνική απεικόνιση του νέου τεχνητού λεμφαδένα που ενεργοποιεί τα Τ κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ώστε να πολεμούν τα καρκινικά κύτταρα (Jennifer Fairman, με την άδεια του περιοδικού Advanced Materials)

Με χρήση υαλουρονικού οξέος

Για να δημιουργήσουν τον τεχνητό λεμφαδένα οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν υαλουρονικό οξύ – την ενυδατική αυτή ουσία που είναι πλέον πασίγνωστη για τη χρήση της σε καλλυντικά αλλά και στην κοσμητική ιατρική και η οποία εντοπίζεται φυσικά στο δέρμα και στις αρθρώσεις. Χάρη στις ιδιότητές του, το υαλουρονικό οξύ χρησιμοποιείται συχνά σε βιοδιασπώμενα υλικά όπως τα επιθέματα επούλωσης τραυμάτων και πληγών τα οποία εισάγονται στον οργανισμό ή εφαρμόζονται στο δέρμα. Μεταξύ των άλλων ιδιοτήτων του το υαλουρονικό οξύ έχει την ικανότητα να συνδέεται με τα Τ κύτταρα μέσω ενός υποδοχέα στην επιφάνεια των κυττάρων.

Σε προηγούμενη μελέτη τους που είχε δημοσιευθεί το 2019 οι ερευνητές του Τζονς Χόπκινς με επικεφαλής τον καθηγητή Παθολογίας, Ιατρικής και Ογκολογίας στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς και διευθυντή του Κέντρου Μεταφραστικής Ανοσομηχανικής του Τζονς Χόπκινς Τζόναθαν Σνεκ είχαν δείξει ότι το υαλουρονικό οξύ αυξάνει την ενεργοποίηση των Τ κυττάρων.

Το καλούπι και το περιεχόμενό του

Στη νέα μελέτη η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε το υαλουρονικό οξύ ως εκμαγείο, ως καλούπι για τη δημιουργία του λεμφαδένα και προσέθεσε σε αυτό το καλούπι γονίδια του Μείζονος Συμπλέγματος Ιστοσυμβατότητας (Major Histocompatibility Complex, MHC, ένα σύνολο στενά συνδεδεμένων γονιδίων που παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανοσοαπόκριση) και αντιγόνα του συστήματος HLA (Human Leukocyte Antigens –  Ανθρώπινα Λευκοκυτταρικά Αντιγόνα, ένα σύνολο αντιγόνων τα οποία βοηθούν το ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίζει και να ξεχωρίζει τα δικά του κύτταρα από τα ξένα). Προσέθεσαν επίσης μόρια και αντιγόνα που εντοπίζονται στα καρκινικά κύτταρα προκειμένου να «εκπαιδεύσουν» τα Τ κύτταρα στο να αναζητούν τα καρκινικά κύτταρα για να τα αντιμετωπίσουν. «Προσθέτοντας διαφορετικά αντισώματα στον τεχνητό λεμφαδένα αποκτούμε την ικανότητα να ελέγχουμε την ενεργοποίηση των Τ κυττάρων καθώς και τον στόχο που έχει η ενεργοποίησή τους αυτή» σημείωσε η δρ Λίβινγκστον.

Πλάτος διπλάσιο από αυτό μιας ανθρώπινης τρίχας

Ο τεχνητός λεμφαδένας των ειδικών του Τζονς Χόπκινς έχει μέγεθος περίπου 150 μικρομέτρων (σχεδόν διπλάσιο πλάτος από αυτό μιας ανθρώπινης τρίχας). Είναι αρκετά μικρός ώστε να παραμένει κάτω από το δέρμα χωρίς προβλήματα και ταυτοχρόνως αρκετά μεγάλος ώστε να μην παρασύρεται στην κυκλοφορία του αίματος.

Το πλεονέκτημα σε σύγκριση με τις κυτταρικές θεραπείες

«Ενα πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης σε σύγκριση με τις κυτταρικές θεραπείες για τον καρκίνο όπως η CAR-T, είναι ότι απαιτεί λιγότερα βήματα παρασκευής» ανέφερε ο καθηγητής Σνεκ. Οι υπάρχουσες κυτταρικές θεραπείες απαιτούν εξαγωγή Τ κυττάρων του ασθενούς, επεξεργασία τους εκτός του σώματος ώστε να αναγνωρίζουν μια συγκεκριμένη μορφή καρκίνου και επανέγχυσή τους στον οργανισμό του πάσχοντα. «Στη δική μας προσέγγιση, τα Τ κύτταρα εγχέονται μαζί με τον τεχνητό λεμφαδένα και εκπαιδεύονται μέσα στο σώμα από τον λεμφαδένα σχετικά με το τι πρέπει να αναζητούν. Στη συνέχεια τα Τ κύτταρα μπορούν να ταξιδέψουν οπουδήποτε ώστε να καταστρέψουν τα καρκινικά κύτταρα» σημείωσε ο καθηγητής ο οποίος ηγήθηκε των ερευνητών στη νέα μελέτη μαζί με τον Χάι-Κουάν Μάο, διευθυντή του Ινστιτούτου Νανοβιοτεχνολογίας του Τζονς Χόπκινς.

Το πείραμα στα ποντίκια

Η ερευνητική ομάδα διεξήγαγε πειράματα με χρήση του τεχνητού λεμφαδένα σε ποντίκια στα οποία προκλήθηκε μελάνωμα (ο πιο επιθετικός καρκίνος του δέρματος) και καρκίνος του παχέος εντέρου. Εξι ημέρες μετά την εμφύτευση των όγκων, εισήχθη στα πειραματόζωα ο τεχνητός λεμφαδένας καθώς και Τ κύτταρα.

Τα ποντίκια που έλαβαν τον τεχνητό λεμφαδένα συγκρίθηκαν με άλλες τρεις ομάδες ποντικιών: η πρώτη έλαβε μόνο τον τεχνητό λεμφαδένα, η δεύτερη μόνο Τ κύτταρα (τα οποία δεν είχαν ενεργοποιηθεί από τον τεχνητό λεμφαδένα) ενώ η τρίτη έλαβε Τ κύτταρα σε συνδυασμό με την ανοσοθεραπεία anti-PD-1.

Ενθαρρυντικά αποτελέσματα

Εννέα ημέρες αργότερα τα ποντίκια με μελάνωμα και καρκίνο του παχέος εντέρου που έλαβαν τον συνδυασμό του τεχνητού λεμφαδένα, των Τ κυττάρων και του φαρμάκου anti-PD-1 εμφάνισαν τα καλύτερα ποσοστά επιβίωσης (τρία από τα επτά ζώα παρέμεναν στη ζωή 33 ημέρες μετά την εμφύτευση των όγκων) σε σύγκριση με τις άλλες ομάδες ποντικών που έζησαν ως και περίπου 26 ημέρες. Η συγκεκριμένη ομάδα ποντικιών παρουσίασε επίσης και την πιο αργή ανάπτυξη των όγκων – χρειάστηκαν πέντε ως 10 ημέρες παραπάνω ώστε οι καρκίνοι τους να διπλασιαστούν σε μέγεθος σε σχέση με τις άλλες ομάδες πειραματοζώων.

Η «ανοσολογικώς ενεργή φωλιά»

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι το τεχνητός λεμφαδένας προσέλκυσε και πολλά άλλα ανοσοκύτταρα – λειτούργησε ως μια «ανοσολογικώς ενεργή φωλιά» η οποία προσέφερε περαιτέρω ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος. Επιπλέον όταν στα ποντίκια εγχύθηκαν Τ κύτταρα μαζί με τον τεχνητό λεμφαδένα, αυτά πολλαπλασιάστηκαν πολύ περισσότερο (ως και εννέα φορές περισσότερο).

Παρακάμπτοντας τα δενδριτικά κύτταρα

Η δρ Λίβινγκστον διευκρίνισε ότι η νέα προσέγγιση είναι διαφορετική από ένα εμβόλιο για τον καρκίνο το οποίο ενεργοποιεί τα δενδριτικά κύτταρα – βοηθητικά κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος τα οποία διδάσκουν στα Τ κύτταρα ποιοι είναι οι «εχθροί» που καλούνται να εξολοθρεύσουν. Οι ασθενείς με καρκίνο συχνά αναπτύσσουν δυσλειτουργικά δενδριτικά κύτταρα και έτσι είναι σημαντικό το γεγονός ότι ο τεχνητός λεμφαδένας παρακάμπτει τα δενδριτικά κύτταρα και ενεργοποιεί απευθείας τα Τ κύτταρα.

Επόμενο βήμα η «στρατολόγηση» περισσότερων ανοσοκυττάρων

Επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι να διεξάγουν περαιτέρω εργαστηριακές μελέτες στις οποίες θα προσθέσουν και άλλα μόρια σήμανσης στον λεμφαδένα ώστε να «στρατολογεί» περισσότερα ανοσοκύτταρα.

Ενα είδος «ζωντανού φαρμάκου»

«’Παντρέψαμε’ την επιστήμη υλικών με την ανοσολογία για να δημιουργήσουμε μια πιθανή θεραπεία που δημιουργεί τη δική της ανοσολογική κοινότητα – πρόκειται για ένα είδος ζωντανού φαρμάκου» κατέληξε ο καθηγητής Σνεκ.

Οι ερευνητές έχουν ήδη υποβάλει αίτηση για κατοχύρωση πατέντας της υποσχόμενης αυτής τεχνολογίας.