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Perché alcuni pazienti con melanoma non rispondono all’immunoterapia

Credito: Pixabay / CC0 Public Domain

Sfruttando il sistema immunitario contro il cancro, le immunoterapie hanno rivoluzionato il modo in cui vengono trattati alcuni tipi di cancro. Ma la maggior parte dei pazienti, di tutti i tipi di cancro, non risponde e nella maggior parte dei casi gli scienziati non sanno perché.

I ricercatori della Columbia e del MIT hanno creato una nuova tecnica in grado di scoprire quasi tutti i trucchi utilizzati dalle cellule tumorali per eludere le immunoterapie, il che potrebbe portare allo sviluppo di trattamenti più efficaci.

I ricercatori hanno testato la loro nuova tecnica con cellule tumorali e cellule immunitarie corrispondenti di pazienti affetti da melanoma e hanno identificato meccanismi di resistenza precedentemente sconosciuti agli inibitori del checkpoint immunitario, una classe potente e ampiamente utilizzata di farmaci immunoterapici.

I risultati sono stati pubblicati online il 1 marzo su Nature Genetics .

Le immunoterapie falliscono o smettono di funzionare in due terzi dei pazienti affetti da melanoma

Gli inibitori del checkpoint immunitario sono farmaci progettati per rilasciare i “freni” che impediscono al sistema immunitario di funzionare a piena potenza e di attaccare le cellule tumorali.

“Con i farmaci chiamati inibitori del checkpoint immunitario, ora ci stiamo avvicinando più che mai a curare un terzo dei pazienti con melanoma metastatico, anche in una fase in cui la malattia si è diffusa in tutto il corpo”, afferma il leader dello studio Benjamin Izar , MD, Ph.D., assistente professore di medicina presso la Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons.

“Quindi la domanda è: cosa sta succedendo negli altri due terzi dei pazienti?” Dice Izar. “Quali sono i meccanismi di resistenza ai farmaci intrinseca o adattativa?”

In un precedente studio pubblicato su Cell nel 2018, Izar e il suo team hanno identificato 250 geni nelle cellule di melanoma metastatico che consentono loro di eludere l’immunoterapia. Il nuovo studio è stato ideato per fornire un modo sistematico per decifrare funzionalmente il modo in cui ciascuno di questi geni contribuisce alla resistenza all’immunoterapia.

Primo test dello strumento CRISPR

Lo studio è il primo test di un nuovo strumento che combina due tecnologie avanzate – l’editing genico CRISPR e il sequenziamento di proteine ​​e RNA a cellula singola – in un modo che consente ai ricercatori di determinare il panorama completo di come le cellule tumorali possono eludere il sistema immunitario.

Utilizzando CRISPR, i ricercatori hanno disattivato quei 250 geni, uno per uno ma in modo aggregato, per creare una miscela di 250 lotti di cellule di melanoma, ciascuno con una diversa mutazione. L’intera popolazione eterogenea di cellule cancerose “modificate” è stata quindi esposta alle cellule T, le cellule immunitarie liberate dagli inibitori del checkpoint nei pazienti.

Le cellule che resistevano all’uccisione delle cellule T sono state isolate e un’istantanea di tutti i processi attivi all’interno di queste cellule è stata misurata utilizzando l’RNA a cellula singola e il profilo proteico, fornendo una mappa molecolare ad alta risoluzione di diverse perturbazioni geniche con conseguente fuga immunitaria.

“Il nostro approccio è unico in quanto studiamo questi meccanismi in modelli derivati ​​dal paziente, e invece di guardare a come un gene cambia il fenotipo di una cellula un gene alla volta, siamo stati in grado di studiare molti geni con potenziali ruoli nella resistenza ai farmaci nei pazienti in un colpo solo. È la prima volta che tali strumenti vengono utilizzati su così vasta scala “, afferma Izar.

Nel complesso, sono state analizzate quasi 250.000 cellule. Strumenti di biologia computazionale, sviluppati da Izar e co-autore senior Aviv Regev, Ph.D., professore di biologia al MIT, sono stati impiegati per dare un senso a questo enorme set di dati.

Identificati nuovi e vecchi meccanismi di resistenza

L’analisi ha identificato nuovi meccanismi di resistenza all’immunoterapia insieme a meccanismi precedentemente noti. “Fondamentalmente, abbiamo recuperato la maggior parte dei meccanismi noti descritti negli ultimi 10 anni, confermando che il nostro approccio funziona e dandoci fiducia che le nuove scoperte sono importanti”, dice Izar.

“Abbiamo anche scoperto molti nuovi meccanismi di resistenza”, dice Johannes C. Melms, MD, un borsista post-dottorato nel laboratorio Izar e co-primo autore dello studio (con Chris J. Frangieh, uno studente di dottorato al MIT).

Uno dei nuovi meccanismi di resistenza coinvolge un gene chiamato CD58. “I nostri dati suggeriscono che la perdita di CD58 nelle cellule di melanoma conferisce una fuga immunitaria attraverso tre potenziali meccanismi: compromissione dell’attivazione delle cellule T, riduzione della capacità delle cellule T di entrare nel tumore e aumento della produzione di PD-L1”, afferma Melms. “Poiché il gene CD58 non è mutato di per sé ma piuttosto semplicemente disattivato, aumenta la possibilità che le terapie che lo attivano possano superare la resistenza ai farmaci in alcuni pazienti”.

I ricercatori hanno in programma di sviluppare terapie per migliorare la risposta alle immunoterapie sulla base di questa scoperta.

Izar e il suo team si aspettano di saperne di più sulla resistenza all’immunoterapia dai dati dello studio. “CD58 è solo uno dei tanti geni che meritano uno sguardo più attento”, dice Izar.

In esperimenti futuri, i ricercatori prevedono di disattivare contemporaneamente varie combinazioni di geni delle cellule tumorali . “In questo studio, abbiamo esaminato cosa succede alle cellule quando un solo gene è inattivato”, dice. “Ma è probabile che nessun singolo gene sia sufficiente per conferire tutti i tipi di resistenza all’immunoterapia che vediamo nella pratica clinica”.

Lo studio si è concentrato sul melanoma, ma lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato per studiare la resistenza all’immunoterapia in molte altre forme di cancro , osservano i ricercatori.

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