Adicionar imunidade ao rim humano em um chip avança nos testes de drogas contra o câncer

Um grande desafio no desenvolvimento de TCBs e outros medicamentos de imunoterapia é que os antígenos alvo dos TCBs podem estar presentes não apenas nas células tumorais, mas também nas células saudáveis ​​do corpo. Isso pode levar à morte de células “no alvo e fora do tumor” e lesões indesejadas de órgãos vitais, como rim, fígado e outros, que podem colocar em risco os pacientes que participam de ensaios clínicos. Atualmente, não há humanos em vitro modelos do rim que recapitulem suficientemente a arquitetura 3D, a diversidade celular e a funcionalidade dos órgãos necessários para avaliar os efeitos no alvo e fora do tumor em um estágio pré-clínico.

Agora, um novo estudo interdisciplinar e interorganizacional criou um modelo de tecido renal com infiltração imunológica para investigar os efeitos no alvo e fora do tumor dos TCBs e potencialmente de outros medicamentos de imunoterapia. A equipe de bioengenheiros e imuno-oncologistas que realizaram o estudo no Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada da Universidade de Harvard, na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS), na Escola Médica de Harvard (HMS) e na Roche Innovation Centros na Suíça e na Alemanha desenvolveram um modelo organoide em chip de rim humano com infiltração imunológica, composto de pequenos segmentos de tecido renal que contêm vasculatura e formam néfrons, que podem ser infiltrados por células imunológicas circulantes. Eles usaram este modelo para compreender a toxicidade específica de um composto de ferramenta TCB pré-clínico que tem como alvo o antígeno tumoral bem caracterizado Tumor 1 de Wilms (WT-1) em certos tumores. É importante ressaltar que o WT-1 também é expresso em níveis muito mais baixos no rim, tornando-o um órgão importante para estudar seus potenciais efeitos no alvo e fora do tumor. PNAS.

“Juntamente com nossos colaboradores da Roche, estendemos nosso modelo de organoide em chip de rim vascularizado para incluir uma população de células imunológicas que contém células T citotóxicas com potencial para matar não apenas células tumorais, mas também outras células que apresentam antígenos-alvo”, disse Jennifer Lewis, Sc.D., membro do corpo docente do Wyss Core, autora sênior do estudo. “Nosso ser humano pré-clínico em vitro modelo fornece informações importantes sobre quais células são alvo de um determinado TCB e quais danos fora do alvo, se houver, surgem.” Lewis também é o Hansjörg Wyss Professor de Engenharia de Inspiração Biológica na SEAS e co-líder da Iniciativa de Engenharia de Órgãos 3D do Wyss Institute.

Incorporando imunidade em um organoide renal em chip

Em 2019, o grupo de Lewis, juntamente com o de Joseph Bonventre, MD, Ph.D. no Brigham and Women’s Hospital, juntamente com o coautor Ryuji Morizane, MD, Ph.D., descobriram que a exposição de organoides renais criados a partir de células-tronco pluripotentes humanas ao fluxo constante de fluidos durante sua diferenciação melhorou a vascularização no chip e a maturação dos glomérulos e compartimentos tubulares, relativos a controles estáticos. As observações dos pesquisadores foram possibilitadas por um chip milifluídico impresso em 3D, no qual os organoides renais são submetidos a nutrientes e meios carregados de fatores de diferenciação fluem a taxas controladas durante sua diferenciação. O dispositivo chip permite aos pesquisadores observar diretamente o tecido usando microscopia confocal através de uma janela transparente em tempo real.

“Dado que isso em vitro representa a maioria dos tipos de células no rim e incorpora o sistema imunológico, pode apoiar a avaliação dos efeitos dentro e fora do alvo dos TCBs, bem como interações celulares complexas”, disse Kimberly Homan, Ph.D., ex-pesquisadora de pós-doutorado no laboratório de Lewis, primeiro autor do trabalho inicial e co-autor correspondente deste novo estudo. Desde então, Homan deixou o laboratório de Lewis para se juntar à Genentech como Diretor do Complexo em vitro Laboratório de sistemas onde continuou a fornecer expertise aos colaboradores do projeto.

Ao abordar este desafio, a equipe primeiro avançou em vitro sistema para permitir a circulação contínua de células imunológicas humanas, conhecidas coletivamente como células mononucleares do sangue periférico (PBMCs), através dele e a recuperação de amostras para a análise de proteínas secretadas por células imunológicas. Eles demonstraram que uma taxa de fluxo ideal foi capaz de apoiar a viabilidade de células “efetoras imunes”, uma subpopulação de PBMCs com a capacidade de matar outras células, durante um período de 5 dias, e que essas células realmente se infiltraram nas estruturas semelhantes a néfrons. e microvasos presentes nos organoides renais no chip.

A ferramenta pré-clínica de direcionamento de WT-1 TCB (WT1-TCB) foi criada para se ligar especificamente ao antígeno WT-1 quando apresentado pela proteína HLA na superfície das células alvo, nesse caso células tumorais que expressam WT-1. O HLA ajuda o sistema imunológico a distinguir entre proteínas em células saudáveis ​​e aquelas produzidas por tumores e invasores estrangeiros, familiarizando-o com o repertório normal de proteínas do corpo. A equipe investigou primeiro se a proteína WT-1 normal era expressa em alguma das principais populações de células renais. Eles descobriram que o WT-1 era expresso pelos podócitos, mas era indetectável nas células dos túbulos proximais e distais. Além disso, descobriram que uma proporção significativa destes tipos diferenciados de células renais também expressava HLA.

Colocando os TCBs à prova

Para compreender os efeitos de direcionamento específicos do WT1-TCB, os pesquisadores os compararam com aqueles produzidos por um TCB n