tEl sistema inmunológico trabaja incansablemente para Cortar las células cancerosas de raízpero en ocasiones un tumor gana y se afianza.1 Para detener el avance de las células tumorales rebeldes, los investigadores están desarrollando vacunas contra el cáncer que entrenan a las células inmunitarias para que reconozcan los antígenos tumorales. El éxito de estas terapéuticas tiende a mejorar con el uso de adyuvantesque son sustancias químicas que activan las defensas del cuerpo.2 Sin embargo, añadir estas moléculas a la mezcla no es suficiente. Los investigadores deben gestionar cuidadosamente el encuentro entre los adyuvantes y las células inmunitarias para producir una respuesta inmunitaria eficaz.
En un artículo publicado en Nanotecnología de la naturalezalos científicos utilizaron origami de ADN para controlar estrictamente la entrega de adyuvantes a las células inmunes, y desarrollaron este sistema en una vacuna contra el cáncer.3 Descubrieron que ajustar la distribución de estas moléculas en la superficie de la vacuna de origami de ADN elevaba la inmunidad para combatir tumores, lo que revela que esta tecnología algún día podría hacer avanzar las terapias contra el cáncer.
Las células inmunes albergan receptores que detectan signos comunes de patógenos, como secuencias cortas de ADN llamadas oligonucleótidos de citosina-fosforotioato-guanina (CpG) que fueron liberados por microbios, que desencadenan una cascada inmune.4 Los investigadores encontraron previamente que múltiples los receptores inmunes convergen cuando detectan multitudes de CpG apiñadas sobre la superficie de las células inmunes, lo que potencialmente influye en la intensidad con la que estos receptores señalan un ataque inmunológico al ADN microbiano entrante.5 Dada la propensión de CpG a impulsar el sistema inmunológico, los desarrolladores de vacunas han explorado su eficacia como adyuvante.
Anteriormente, los vacunólogos nanopartículas terapéuticas decoradas con adyuvantes CpG.6 Sin embargo, William Shihbiólogo sintético de la Universidad de Harvard y autor del libro Nanotecnología de la naturaleza En el artículo, comentaron que los investigadores no pudieron controlar la distribución de las moléculas cortas de ADN en la superficie de las nanopartículas, lo que potencialmente condujo a una activación inmune subóptima. Para ajustar con precisión el espaciado de CpG y activar las defensas del cuerpo, Shih y su equipo exploró el arte del origami a nanoescala.
“Una de las cosas atractivas del origami de ADN es lo relativamente sencillo que es diseñarlo para cualquiera”, señaló Shih. Las bases del ADN se adhieren estrictamente al emparejamiento de bases Watson-Crick, lo que lo hace simple de simular cómo se plegarán múltiples hebras de ADN en una estructura 3D.7 De hecho, Shih comentó que es bastante fácil diseñar modelos de origami de ADN con nada más que lápiz y papel. “Es una propiedad bastante única entre los materiales”, dijo.
Shih y su equipo doblaron el ADN en bloques cúbicos organizando múltiples estructuras de origami de ADN una al lado de la otra, como una caja de crayones. Para transformar la estructura en una vacuna contra el cáncer, unieron antígenos tumorales a un extremo de las moléculas de ADN y adyuvantes CpG al otro extremo. Esta no fue la primera vez que los investigadores combinaron origami de CpG y ADN, pero en iteraciones anteriores, adjuntaron CpG a lo largo de las hebras siete nanómetros de distancia.8 Al fusionar los adyuvantes con los extremos de las dobles hélices, Shih y su equipo ahora pudieron acercarlos, con una distancia mínima de 2,5 nanómetros. “Nuestro artículo fue el primero en analizar espaciamientos hasta este nivel”, dijo Shih.
Para optimizar su vacuna, a la que llamaron DoriVac, el equipo probó una variedad de bloques de origami de ADN con diferentes distribuciones espaciales de CpG. Cada uno de ellos provocó que las células T auxiliares adoptaran propiedades para combatir el cáncer. Por ejemplo, secretaron citocinas antitumorales, como el factor de necrosis tumoral alfa (TNFα), una proteína que hace que las células cancerosas explotenY activaron las células T asesinas, que se dirigen a los tumores para destruirlos.9 Sin embargo, las vacunas con adyuvantes espaciados a 3,5 nanómetros superaron a todas las demás configuraciones en el recableado de las células inmunes.
Utilizando origami de ADN, los investigadores ajustaron el espaciado de los adyuvantes CpG (amarillo) para maximizar las respuestas de las células inmunitarias.
Instituto Wyss de la Universidad de Harvard
Una vez que Shih y su equipo calibraron su vacuna de origami de ADN para maximizar la inmunidad, la pusieron a prueba en ratones. Vacunaron ratones los días cero y siete antes de inocularlos con células cancerosas el día 14. Para el día 28, todos los ratones no vacunados desarrollaron tumores en comparación con ninguno de los vacunados. Para garantizar que la tasa de éxito del 100 por ciento de la vacuna estuviera relacionada con el espaciamiento de los adyuvantes, administraron a otro grupo de ratones una vacuna de control que contenía CpG flotante. Esta vacuna no logró una puntuación perfecta: el 40 por ciento de los ratones desarrollaron tumores, lo que revela la importancia del espaciamiento de las CpG.
Aunque la vacuna contra el cáncer funcionó bien como profiláctico, los médicos normalmente tratan los tumores en lugar de prevenirlos en la clínica. Para evaluar qué tan bien funciona la vacuna cuando los cánceres ya están presentes, Shih y su equipo invirtieron el experimento e inocularon ratones con células tumorales el día cero y los vacunaron los días tres, siete y 14. Sin embargo, la vacuna tuvo un rendimiento inferior en este escenario: sólo prolongó la vida útil unos pocos días y no eliminó ninguno de los cánceres.
“Mi interpretación instintiva sería que una vez que se establece el microambiente inmunológico del tumor, es mucho más difícil cambiarlo”, dijo Meghan Morrissey, biólogo celular de la Universidad de California en Santa Bárbara, que no participó en el estudio. Dijo que el microambiente del tumor puede persuadir al sistema inmunológico en volverse indulgentes, por lo que las defensas del cuerpo podrían necesitar una sacudida antes de que puedan ser atadas a la batalla.10
Shih consideró impulsar la inmunidad combinando DoriVac con otra terapia contra el cáncer. “Se cree que la inmunoterapia es más eficaz cuando se combinan muchas modalidades diferentes”, explicó. Proteína 1 de muerte celular programada (PD-1) es un objetivo común para la terapia contra el cáncer dada la función del receptor en la desactivación de las células T.11 El bloqueo de la actividad de PD-1 mantiene activas a las células T, empujándolas a frustrar los tumores. La combinación de DoriVac con esta inmunoterapia generó resultados prometedores. Los tumores desaparecieron en todos los ratones, lo que revela que este dúo terapéutico restableció el potencial de la vacuna.
En el futuro, Shih planea probar la seguridad y eficacia de DoriVac en humanos. Morrissey argumentó que esta tecnología también podría ampliar la investigación terapéutica de otras maneras. “Estoy más entusiasmada con el uso del origami de ADN para descubrir los principios de diseño de las terapias, incluso si a largo plazo no terminan siendo origami de ADN”, dijo. “El origami de ADN nos brinda una herramienta que es lo suficientemente flexible y sólida como para hacer preguntas que antes no eran accesibles”.
Shih es inventor de una solicitud de patente estadounidense para una vacuna contra el cáncer de origami de ADN. (WO/2020/247724), y está montando una empresa para comercializarlo.
Referencias
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4. Salem AK, Weiner GJ. Oligonucleótidos CpG como adyuvantes inmunoterapéuticos: aplicaciones innovadoras y estrategias de administración. Adv Drug Deliv Rev. 2009;61(3):193-194.
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