Vacinas melhores estão em nosso sangue: usando glóbulos vermelhos para gerar respostas imunológicas direcionadas

A nova tecnologia de plataforma utiliza glóbulos vermelhos para gerar respostas imunológicas direcionadas em camundongos.

Os glóbulos vermelhos fazem mais do que transportar oxigénio dos pulmões para os órgãos: também ajudam o corpo a combater infecções, capturando agentes patogénicos nas suas superfícies, neutralizando-os e apresentando-os às células imunitárias do baço e do fígado. Agora, uma equipe de pesquisadores do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada de Harvard e da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson (SEAS) aproveitou essa capacidade inata para construir uma tecnologia de plataforma que usa glóbulos vermelhos para fornecer antígenos aos apresentadores de antígenos. células (APCs) no baço, gerando uma resposta imune. Esta abordagem retardou com sucesso o crescimento de tumores cancerígenos em ratos e também poderia ser usada como adjuvante biocompatível para uma variedade de vacinas. A tecnologia, chamada Erythrocyte-Driven Immune Targeting (EDIT), é relatada em Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS).

“O baço é um dos melhores órgãos do corpo para atingir a geração de uma resposta imunológica, porque é um dos poucos órgãos onde os glóbulos vermelhos e brancos interagem naturalmente”, disse o autor sênior Samir Mitragotri, Ph.D., um Membro do corpo docente do Wyss Core, que também é professor Hiller de bioengenharia e professor Hansjörg Wyss de engenharia de inspiração biológica no SEAS. “A capacidade inata dos glóbulos vermelhos de transferir patógenos ligados às células do sistema imunológico só foi descoberta recentemente, e este estudo abre a porta para uma excitante série de desenvolvimentos futuros no campo do uso de células humanas para tratamento e prevenção de doenças.”

Não me coma, apenas me dê uma olhada

Utilizar glóbulos vermelhos como veículos de distribuição de medicamentos não é uma ideia nova, mas a grande maioria das tecnologias existentes tem como alvo os pulmões, porque a sua densa rede de capilares faz com que as cargas se soltem dos glóbulos vermelhos à medida que se comprimem através dos pequenos vasos. A equipe de pesquisa de Mitragotri precisava primeiro descobrir como fazer com que os antígenos aderissem aos glóbulos vermelhos com força suficiente para resistir ao rompimento e alcançar o baço.

Eles revestiram poliestireno nanopartículas com ovalbumina, uma proteína antigênica conhecida por causar uma resposta imunológica leve, e então as incubou com glóbulos vermelhos de camundongo. A proporção de 300 nanopartículas por célula sanguínea resultou no maior número de nanopartículas ligadas às células, retenção de cerca de 80% das nanopartículas quando as células foram expostas ao estresse de cisalhamento encontrado nos capilares pulmonares e expressão moderada de uma molécula lipídica chamada fosfatidilserina (PS) nas membranas das células.

“Um alto nível de PS nos glóbulos vermelhos é essencialmente um sinal de 'coma-me' que faz com que sejam digeridos pelo baço quando estão estressados ​​ou danificados, o que queríamos evitar. Esperávamos que uma quantidade menor de PS sinalizasse temporariamente 'confira-me' para as APCs do baço, que então absorveriam as nanopartículas revestidas de antígeno dos glóbulos vermelhos sem que as próprias células fossem destruídas”, disse Anvay Ukidve, um graduado aluno do laboratório Mitragotri e co-autor do artigo.

Para testar essa hipótese, a equipe injetou glóbulos vermelhos revestidos com suas nanopartículas em camundongos e depois rastreou onde eles se acumularam em seus corpos. 20 minutos após a injeção, mais de 99% das nanopartículas foram eliminadas do sangue dos animais, e mais nanopartículas estavam presentes nos baços do que nos pulmões. O maior acúmulo de nanopartículas no baço persistiu por até 24 horas e o número de glóbulos vermelhos EDIT na circulação permaneceu inalterado, mostrando que os glóbulos vermelhos entregaram com sucesso suas cargas ao baço sem serem destruídos.

Vacinas eficazes e sem adjuvantes

Tendo confirmado que suas nanopartículas foram entregues com sucesso ao baço na Vivo, os pesquisadores avaliaram em seguida se os antígenos nas superfícies das nanopartículas induziam uma resposta imunológica. Os ratos foram injetados com EDIT uma vez por semana durante três semanas e depois as células do baço foram analisadas. Os camundongos tratados exibiram 8 vezes e 2,2 vezes mais células T exibindo o antígeno de ovalbumina entregue do que os camundongos que receberam nanopartículas “livres” ou não foram tratados, respectivamente. Os ratos tratados com EDIT também produziram mais anticorpos contra a ovalbumina no sangue do que qualquer um dos outros grupos de ratos.

Para ver se estas respostas imunitárias induzidas por EDIT poderiam potencialmente prevenir ou tratar doenças, a equipa repetiu a injecção profiláctica de EDIT durante três semanas em ratos e depois inoculou-os com células de linfoma que expressavam ovalbumina nas suas superfícies. Os ratos que receberam EDIT tiveram um crescimento tumoral cerca de três vezes mais lento em comparação com o grupo de controle e o grupo que recebeu nanopartículas livres, e tiveram um número menor de células cancerígenas viáveis. Este resultado aumentou significativamente a janela de tempo durante a qual o tumor poderia ser tratado antes que os ratos sucumbissem à doença.

“EDIT é essencialmente uma plataforma de vacina sem adjuvantes. Parte da razão pela qual o desenvolvimento de vacinas hoje demora tanto é que os adjuvantes estrangeiros administrados junto com um antígeno têm que passar por um ensaio clínico completo de segurança para cada nova vacina”, disse Zongmin Zhao, Ph.D., pesquisador de pós-doutorado no Mitragotri. laboratório e coautor do artigo. “Os glóbulos vermelhos têm sido transfundidos com segurança em pacientes durante séculos, e a sua capacidade de melhorar as respostas imunitárias pode torná-los uma alternativa segura aos adjuvantes estrangeiros, aumentando a eficácia das vacinas e a velocidade da criação de vacinas.”

A equipe continua a trabalhar para entender exatamente como uma resposta imune específica ao antígeno apresentado pelo EDIT é gerada pelas APCs do baço, e planeja testá-la com outros antígenos além da ovalbumina. Eles esperam usar esse conhecimento adicional para impulsionar sua busca pelo(s) ambiente(s) clínico(s) ideal(is) para a tecnologia.

“O corpo humano é um tesouro de soluções elegantes para problemas de saúde e, embora a medicina tenha percorrido um longo caminho na compreensão desses mecanismos, ainda estamos nos estágios iniciais de sermos capazes de aproveitá-los para melhorar a duração e a qualidade da vida humana. . Esta pesquisa é um passo emocionante em direção a esse objetivo e pode mudar drasticamente a forma como as respostas imunológicas são moduladas nos pacientes”, disse o diretor fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, MD, Ph.D., que também é o Judah Folkman Professor de Biologia Vascular na Harvard Medical School e no Boston Children's Hospital e professor de Bioengenharia no SEAS.

Referência: “Imunização dirigida por eritrócitos via biomimética de sua função natural de apresentação de antígenos” por Anvay Ukidve, Zongmin Zhao, Alexandra Fehnel, Vinu Krishnan, Daniel C. Pan, Yongsheng Gao, Abhirup Mandal, Vladimir Muzykantov e Samir Mitragotri, 14 de julho de 2020 , Anais da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073/pnas.2002880117

Autores adicionais do artigo incluem Vinu Krishnan, Daniel C. Pan, Yongsheng Gao e Abhirup Mandal do Wyss Institute e SEAS; Alexandra Fehnel, do SEAS, e Vladimir Muzykantov, da Perelman School of Medicine da Universidade da Pensilvânia. Esta pesquisa foi apoiada pelo Wyss Institute da Universidade de Harvard e pelo Instituto Nacional de Saúde sob concessão nº 1R01HL143806-01.