Terapie integrate su immunoterapia tramite polarizzazione macrofagica

Obiettivi del progetto

Le più recenti acquisizioni indicano il comparto tumorale staminale come il maggior responsabile della progressione e chemioresistenza nelle neoplasie polmonari. In particolare, emerge come tali caratteristiche siano solo in parte dovute a modificazioni genetiche o epigenetiche intrinseche alla cellula, attribuendole viceversa in maniera preponderante all’interplay tra cellule staminali tumorali (CSC) e microambiente. I Tumor-Associated Macrophages (TAM) rappresentano la quota cellulare più rappresentata all’interno di tale microambiente. Pur dotati di potenziale elevata attività citotossica ed antitumorale quando assumono la polarizzazione detta M1, sono nella maggior parte dei casi “dirottati” dal tumore ad assumere una configurazione di tipo M2 che, al contrario, è in grado di preservare le caratteristiche staminali delle cellule tumorali. Rieducare tali cellule a riassumere una funzione antitumorale contribuirebbe ad interrompere un circolo vizioso che nella realtà clinica porta alla inevitabile perdita di efficacia dei trattamenti attualmente disponibili, aprendo la strada ad approcci terapeutici integrati di combinazione di  terapie convenzionali ed immunoterapia. Per l’ottimizzazione di tali approcci, tuttavia, si rendono necessari nuovi strumenti d’indagine che permettano una maggiore comprensione dei meccanismi di interazione tumore/ sistema immunitario, data l’inadeguatezza delle tecniche in vivo e in vitro convenzionali.

L’approccio cells-on-chip, che sfrutta tecniche di microfluidica e coculture cellulari per ricostituire e controllare il microambiente cellulare, mantenendo la compatibilità con i sistemi di analisi e microscopia di ultima generazione, rende possibile lo studio contemporaneo di interazioni cellulari sia di singola cellula, sia di popolazioni, e rappresenta la frontiera dei modelli in vitro ed ex vivo. Si utilizza, dunque, un biochip per la cocultura di cellule tumorali e cellule del sistema immunitario applicato alla neoplasia polmonare, in modo da valutare, nel setting altamente controllato del chip, gli effetti della terapia integrata sulla sopravvivenza delle CSC.

Materiali e Metodi

Vengono utilizzate cellule tumorali prelevate da aspirato pleurico da Paziente, dalle quali viene isolato il comparto staminale (EPCAM+,CD133+), in combinazione con una lina macrofagica umana, ingegnerizzata per esprimere proteina di fusione GFP-Mannose Receptor a seguito di polarizzazione M2 e, tramite silenziamento stabile di IRF4, per essere refrattaria all’attivazione M2.  Viene utilizzato un chip sviluppato e già validato da un Partner del progetto (CNR-IFN,Roma) per lo studio delle interazioni tumore/sistema immunitario. Le CSC sono mantenute in coltura sferoidale su chip in presenza di TAM (GFP-MR+), e mediante time-lapse microscopy è possibile valutare:

1. la cinetica e l’estensione dell’infiltrato macrofagico all’interno del tumore

2. la polarizzazione dei TAM in senso M1/M2, mediante analisi in fluorescenza in termini quantitativi, spaziali e temporali

3. la resistenza delle CSC a trattamento con farmaco chemioterapico associato alla presenza di TAM (wildtype o silenziati per  IRF4).

Risultati attesi

Il progetto si propone di investigare il crosstalk tra CSC e TAM come causa dell’aumentata chemioresistenza delle CSC, con l’obiettivo di sviluppare nuovi e migliorati approcci integrati basati su chemio- e immunoterapia. Risultati attesi dal progetto sono:

1. caratterizzazione temporo spaziale del crosstalk tra CSC e sottopopolazioni TAM

2. comprensione del meccanismo protettivo dei TAM M2 verso CSC nei confronti dei chemioterapici

3. valutazione dell’effetto del silenziamento di IRF4 sulla stabilizzazione dei macrofagi a M1 con conseguente aumentata tossicità nei confronti delle CSC.

Data di inizio e fine

Giugno 2013 - Giugno 2015

Responsabile del progetto

Prof. Daniele Santini - Coordinatore scientifico e Responsabile del progetto

Istituzione coordinatrice del progetto

Università Campus Bio-Medico di Roma

Fonte/i di finanziamento

Fondazione G. Berlucchi per la Ricerca sul Cancro