Vaccini antitumorali, citochine per l'immunoterapia, soppressori tumorali, cellule T ingegnerizzate e editing genomico: le terapie a base di mRNA potrebbero trovare applicazione in oncologia
Una review pubblicata ad agosto 2023 su Nature Reviews Cancer offre una panoramica degli approcci che si basano sull’utilizzo dell’RNA messaggero che sono oggi in fase di studio per trovare possibili utilizzi in ambito oncologico. Sebbene l’mRNA non sia stato inizialmente destinato a scopi terapeutici, in primis per le sue caratteristiche biologiche che lo rendono difficile da gestire, negli anni è stato rivalutato e oggi è uno dei settori della ricerca in cui si investe di più. Grazie alla perseveranza di chi ha creduto nelle potenzialità di questa molecola fin dall’inizio, è stata spianata la strada verso le applicazioni terapeutiche e il cancro è diventato uno dei target per eccellenza.
NON SOLO COVID-19
Se la pandemia ha portato l’mRNA alla fama - e a un Premio Nobel - non è l’unico ambito in cui se ne parla. Già prima del COVID-19 la ricerca di terapie a base di mRNA aveva preso in considerazione l’HIV (ne abbiamo parlato qui) l’influenza, Zika e altre malattie infettive. Come noto, l’mRNA permette la trasmissione di informazioni, per la produzione di proteine di interesse all’interno delle cellule target, senza però agire in alcun modo con modifiche nel DNA, come invece accade con la terapia genica.
Le sfide legate a instabilità, immunogenicità e somministrazione sono state solo alcune delle ragioni per cui l’mRNA ha faticato a fare progressi degni di nota per molto tempo. Negli ultimi decenni sono stati compiuti notevoli sforzi per aumentare la stabilità dell'mRNA e ridurre l'immunogenicità sia in vitro che in vivo. Ciò è stato tentato attraverso modifiche chimiche, purificazione del prodotto e ottimizzazione della sequenza. Inoltre, sono state sviluppate numerose nanotecnologie di confezionamento dell'mRNA stabili ed efficaci per proteggere l'mRNA dalla degradazione e per veicolarlo efficacemente nelle cellule e negli organi obiettivo della terapia. Sebbene le nanoparticelle lipidiche siano attualmente al centro dell'attenzione per la veicolazione dell'mRNA (ne abbiamo parlato qui), altre tecniche e nanomateriali stanno dimostrando la loro utilità come cargo per diverse applicazioni.
mRNA E CANCRO
I significativi progressi tecnologici nel settore dell’mRNA hanno portato allo sviluppo di terapie - sperimentali ma anche già commercializzate - per diverse malattie, tra cui il cancro. I trattamenti basati sull'mRNA hanno già mostrato grandi promesse nell'immunoterapia del cancro e nello sviluppo di vaccini, e le loro potenziali applicazioni continuano ad espandersi rapidamente. Una traduzione efficiente dell'mRNA per produrre proteine funzionali che possono controllare direttamente la progressione del tumore o innescare e rafforzare le risposte immunitarie è un esempio di come si sta procedendo. In poche parole, i soppressori tumorali codificati dall'mRNA possono inibire la proliferazione delle cellule tumorali, mentre gli antigeni tumorali o le citochine prodotte all'interno delle cellule tumorali o del microambiente tumorale (TME) possono innescare risposte immunitarie nell'ospite. Inoltre, grazie all'editing genomico si possono silenziare i geni di sopravvivenza del tumore, portando a una maggiore efficacia del trattamento con un minor numero di trattamenti ripetuti rispetto alle terapie antitumorali tradizionali. E non dimentichiamoci delle CAR-T, che ormai fanno parte della pratica clinica nel trattamento di alcune forme di tumori del sangue e che sono in sperimentazione per diversi tumori solidi.
mRNA, VACCINI E ANTIGENI
Innanzitutto, è fondamentale capire la differenza tra i vaccini classici e quelli che vengono chiamati vaccini contro il cancro. I vaccini classici sono preventivi, hanno come target le infezioni e agiscono preparando l’organismo a riconoscere alcuni microrganismi (primi tra tutti i virus ma anche alcuni batteri) per evitare che, una volta entrati in contatto con il nostro corpo, provochino una specifica malattia. I vaccini contro il cancro sono invece terapeutici e non prevengono l’insorgenza della patologia: l’obiettivo è insegnare alle cellule immunitarie a riconoscere le cellule tumorali per distruggerle. Ci sono poi alcuni vaccini che prevengono davvero alcuni tipi di cancro, ma in questo specifico caso il farmaco è comunque diretto verso il patogeno che può causare il tumore, un esempio è il caso del papilloma virus umano, HPV).
I vaccini tumorali a mRNA possono essere progettati specificamente in base agli antigeni tumorali espressi dalle cellule cancerose e innescare forti risposte antitumorali da parte delle cellule T o B. Sono due le tipologie principali di antigeni tumorali: gli antigeni associati al tumore (TAA) - sovraespressi nelle cellule tumorali ma presenti anche nei tessuti normali, con una debole specificità tumorale e immunogenicità - e gli antigeni tumore-specifici (TSA) - derivati da mutazioni nelle cellule tumorali, possiedono un'elevata specificità tumorale e immunogenicità.
I vaccini contro i TAA classici sono i più comunemente utilizzati nel trattamento oncologico ma, per essere efficaci, servono combinazioni multiple di antigeni tumore-associati. Spesso i vaccini antitumorali contro TAA basano il loro funzionamento sulle cellule immunitarie chiamate dendritiche, che vengono prelevate dal paziente ed esposte agli antigeni del tumore, in modo da “istruirle” per stimolare altre cellule immunitarie ad attaccare il cancro. Le cellule dendritiche, infatti, sono specializzate nella cattura degli antigeni, che processano e presentano ai linfociti T, i quali saranno poi in grado di rispondere al patogeno. L’approccio a base di mRNA può essere utile anche in questo caso. Infatti, l’RNA delle cellule tumorali può essere prelevato e utilizzato per la progettazione di vaccini antitumorali, evitando la selezione dei TAA e inducendo la risposta immunitaria delle cellule T. Dato che l’mRNA viene prelevato dal tumore del paziente, la qualità del vaccino dipende dal campione e può variare. La produzione di questo tipo di trattamento è personalizzata e molto costosa, motivo per cui le nanoparticelle lipidiche sono diventate di grande interesse anche in questo caso.
Gli antigeni tumore-specifici sono la “firma” del tumore e possono essere utilizzati per progettare vaccini personalizzati in grado di indurre risposte del sistema immunitario, nello specifico le cellule T. Diversi sono gli studi clinici in corso (come dimostra la tabella riassuntiva nella review, anche se in questi ultimi mesi saranno probabilmente aumentati), ma l’uso diffuso di vaccini antigenici ha diverse limitazioni, in primis il costo. Sebbene la tecnologia attualmente disponibile permetta di identificare i neoantigeni attraverso il sequenziamento del DNA e dell'RNA, il costo delle terapie specifiche per il paziente limita drasticamente lo sviluppo e l'applicazione di questo approccio.
mRNA E CITOCHINE
Le citochine possono avere effetti autocrini – quindi sulla cellula stessa che le produce - e paracrini – ovvero sulle cellule che circondano quella che le secerne - e come tali sono considerate potenti modulatori del microambiente tumorale. Alcune citochine ricombinanti (che rientrano nella categoria delle proteine ricombinanti) sono già utilizzate come trattamento per alcuni tumori, ad esempio l’interleuchina 2 e l’interferone alfa, che però presentano alcuni limiti. I principali ostacoli all'applicazione clinica delle citochine derivano da: la breve emivita delle citochine, la finestra terapeutica ridotta, la necessità di somministrare più farmaci al giorno, gli eventi avversi immuno-correlati causati dalle dosi elevate richieste e l'incapacità di raggiungere concentrazioni locali sufficientemente elevate all'interno del microambiente tumorale. Per ovviare questi problemi sono stati studiati diversi approcci, tra cui proprio l’uso dell’mRNA.
Le citochine prodotte da mRNA offrono un potenziale vantaggio rispetto alle citochine ricombinanti, in quanto potrebbero teoricamente mantenere le loro attività di segnalazione. La tecnologia mRNA, infatti, permetterebbe potenzialmente una produzione rapida ed economica di grandi quantità di molecole terapeutiche basate su citochine. L'incapsulamento in nanoparticelle dell'mRNA che codifica per le citochine potrebbe prolungarne l'emivita sia se la somministrazione è per via sistemica che locale. Inoltre, rispetto alle nanoparticelle di mRNA-lipide che codificano una singola citochina, il trattamento con una miscela di mRNA che codifica due o più citochine cooperative potrebbe indurre una più ampia immunità contro il tumore.
mRNA E SOPPRESSORI TUMORALI
I geni soppressori tumorali possono inibire la proliferazione cellulare e contrastare lo sviluppo del tumore. Questi geni sono inattivati in molti tumori e il loro ripristino tramite inibitori a piccole molecole, somministrazione di proteine o trasfezione genica è stato ampiamente esplorato in vitro e in vivo. Tuttavia, queste strategie presentano notevoli limiti.
Gli mRNA che codificano soppressori tumorali possono essere somministrati per via sistemica, grazie alle nanoparticelle, per indurre una rapida espressione di proteine soppressive del tumore. Un esempio è il gene TP53, che codifica il soppressore tumorale p53. Quest’ultimo è un importante fattore di prevenzione del cancro e un noto regolatore in diverse vie cellulari, ma è mutato in circa il 50% dei tumori umani e quindi oggetto di grande interesse per la ricerca oncologica. Anche altri soppressori tumorali ben caratterizzati sono stati valutati per l'uso come terapia con mRNA.
mRNA e CRISPR
CRISPR è uno strumento di editing genomico già ampiamente studiato e utilizzato in diversi ambiti, grazie alla sua velocità, precisione ed efficacia. Proprio per queste caratteristiche, l’editing genomico è oggetto di grande interesse nell’area biomedica, inclusa la ricerca di un trattamento efficace per il cancro. Il trattamento con Crispr-Cas9 può inattivare in modo permanente i geni di sopravvivenza delle cellule tumorali, evitando trattamenti multipli a dosaggio ripetuto e migliorando l'efficacia del trattamento rispetto alle terapie antitumorali tradizionali. La corretta ed efficiente distribuzione ai tessuti di interesse dei due componenti del sistema di editing, Cas9 e la guida sgRNA, è fondamentale per ottenere il successo terapeutico e l’mRNA è una delle opzioni possibili. Questo perché permette di trasferire solo la sequenza di RNA messaggero, che poi viene tradotta nella proteina corrispondente, al posto di trasportare l’intero elemento, processo nettamente più complesso.
mRNA, CAR-T E RECETTORE TCR
La terapia a base di cellule T ha mostrato risultati promettenti per il trattamento di diverse forme di tumore in numerosi studi preclinici e clinici. La modifica in vitro dei recettori TCR (T Cell Receptor) e CAR (Chimeric Antigen Receptor) è fondamentale per il successo dei regimi terapeutici. Alcuni prodotti CAR-T o cellule T ingegnerizzate con TCR sono entrati con successo negli studi clinici e alcuni sono terapie approvate a tutti gli effetti.
In genere, i recettori TCR o CAR sono introdotti in cellule T autologhe o allogeniche mediante trasferimento genico retrovirale o lentivirale, seguito da espansione in vitro. Tuttavia, questo tipo di manipolazione espone le cellule riceventi al rischio di mutazioni genetiche. Per questo motivo, gli mRNA che codificano CAR o TCR per l'ingegnerizzazione delle cellule T sono vantaggiosi per l'elevata velocità di trasfezione e l’assenza di tossicità. I risultati sperimentali pubblicati finora hanno dimostrato che questo approccio consente l'espressione transitoria dei CAR sulla superficie delle cellule per circa 1 settimana, evitando possibili risposte immunitarie. Essendo temporaneo, i pazienti devono avere somministrazioni ripetute di CAR-T a base di mRNA durante ogni ciclo di trattamento per mantenere l'espressione continua dei recettori CAR nell'organismo. La modifica della struttura dell'mRNA per migliorare la stabilità e l'efficienza di traduzione può prolungare efficacemente l'espressione dei CAR o dei TCR, riducendo la necessità di dosi ripetute.
UN OBIETTIVO
Come descritto nella review, i trattamenti basati sull'mRNA hanno già mostrato grandi promesse nell'immunoterapia del cancro e nello sviluppo di vaccini, e le loro potenziali applicazioni continuano ad espandersi rapidamente. Ma c'è ancora molto lavoro da fare per identificare gli antigeni tumorali, comprendere i meccanismi dei farmaci a base di mRNA, progettare nuovi tipi di mRNA (saRNA, taRNA, circRNA), ottimizzarne l'efficacia e la sicurezza e garantirne l'economicità e l'accessibilità a tutti i pazienti che ne hanno bisogno. A questo si aggiunge la necessità di migliorare le piattaforme di somministrazione, col fine di implementare l’efficienza nella veicolazione della molecola al target.
Nonostante queste sfide, i potenziali benefici delle terapie a base di mRNA nel trattamento del cancro le rendono un'area di ricerca entusiasmante e in rapida evoluzione, ci aspettiamo progressi significativi nel campo negli anni a venire.
