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Publicação
Screening innate immunotherapy strategies in zebrafish xenograft models
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 33.96 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Abstract
Immunotherapy, particularly immune checkpoint blockers (ICB), constitute an important
breakthrough in the treatment of cancer. Nevertheless, the success of these therapies is quite limited,
possibly due to additional innate immune-suppressive mechanisms present in the tumour
microenvironment (TME). To increase response rates, it is critical to discover new molecules that can
revert this immune-suppression and fully activate the immune system to fight cancer.
During the development of the zebrafish xenograft model for drug testing and personalized
medicine, my host lab discovered that different human cancer cell lines exhibit distinct clearance profiles.
Indeed, they found that while some cancer cells can evade the host innate immunity and are barely
eliminated (“progressors”), others are efficiently cleared by the host in just four days (“regressors”). This
discovery opened the opportunity to screen a 774-compound Food and Drug Administration (FDA)-
approved Drug Library in “progressor” zebrafish xenograft models, to identify compounds capable of
enhancing innate-tumour clearance. Ultimately, the idea is to combine these compounds with ICB, thus
harnessing both arms of immunity against cancer and possibly increasing the response rates of current
immunotherapies. This last step will imply the use of mice with a functional adaptive immune system, and
for that purpose, cancer mouse models, such as MC38 colorectal cancer (CRC), E0771 breast cancer
(BC), and B16-F10 melanoma, will be employed. These models have been extensively used to find
molecules to sensitize tumours to ICB, as they only respond to ICBs when combined with compounds that
increase immunogenicity or convert the immune-suppressive TME into a permissive one.
My host lab has already screened more than half of the library, with 560 compounds tested in
human CRC (resulting in 14 validated hits) and 443 in human breast cancer (15 validated hits). In order to
speed up the drug selection process and minimize unnecessary costs and animals in future pre-clinical
mice studies, my work was focused on re-screening the top hit compounds in zebrafish injected with cancer
cell lines derived from the aforementioned mouse models. I started by generating and characterizing
MC38_CRC, E0771_BC and B16-F10_melanoma zebrafish xenograft models, and results suggest that all
of them are “progressors”, although they present distinct clearance profiles and induce different immune
microenvironments in the host. Also, MC38_CRC and E0771_BC revealed to be sensitive to the three
tested drugs (Scopolamine hydrobromide, Tiotropium Bromide, and Methyldopa Sesquihydrate), whose
effect was shown to be dependent on macrophages. While Scopolamine hydrobromide induced a slight
increase in macrophage and neutrophil infiltration in the TME; the treatment with Tiotropium Bromide
resulted in an increase in pro-inflammatory and phagocytic macrophages, and its combination with
Pembrolizumab immunotherapy boosted tumour response to the treatment. Collectively, my results
highlight the potential of zebrafish xenograft model as an in vivo platform for drug screenings, particularly,
for identifying innate immunomodulators that can boost innate-tumour clearance, and possibly
complement adaptive immunotherapies in the future.
Resumo Os inibidores de checkpoints imunitários (ICB) representam um importante avanço no tratamento oncológico. No entanto, o sucesso destas terapias é ainda limitado apenas a alguns doentes, o que pode ser explicado pela presença de mecanismos adicionais de imunossupressão no microambiente tumoral. De forma a aumentar as taxas de resposta a estes tratamentos, é essencial descobrir novas moléculas que possam ajudar a superar fenómenos de imunossupressão, ativando por completo o sistema imunitário na luta contra o cancro. Durante o desenvolvimento do modelo de xenógrafo de peixe-zebra para testagem de fármacos e medicina personalizada, o laboratório descobriu que diferentes linhas celulares de cancro exibem diferentes perfis de rejeição tumoral. Enquanto umas linhas celulares conseguem evadir a imunidade inata do hospedeiro e são pouco eliminadas (“progressoras”), outras são eficazmente eliminadas pelo sistema imune inato do hospedeiro em apenas quatro dias (“regressoras”). Esta descoberta proporcionou uma oportunidade para testar uma biblioteca de 774 compostos de baixo peso molecular, aprovada pela Food and Drug Administration (FDA). A ideia é, utilizando modelos “progressores” (que conseguem evadir o sistema imune inato do peixe-zebra), descobrir compostos capazes de induzir a eliminação do tumor. Por fim, estes compostos serão combinados com ICB, fazendo assim uso dos dois componentes do sistema imunitário (inato e adaptativo) para ativar a eliminação tumoral e, eventualmente, aumentar as taxas de resposta a imunoterapias atualmente utilizadas em contexto clínico. No entanto, para validar a eficácia da resposta dos ICB com os compostos selecionados, é imperativo o uso de ratinhos com um sistema imune adaptativo funcional e, para esse propósito, em vez de modelos celulares humanos, será necessário usar modelos murinos de cancro tais como: MC38 (cancro colorectal), E0771 (cancro da mama), e B16-F10 (melanoma). Estes modelos murinos têm sido largamente usados para descobrir moléculas que aumentem a sensibilidade dos tumores aos ICB. Isto deve-se ao facto de os mesmos apenas responderem aos ICB quando combinados com compostos que aumentem a sua imunogenicidade ou que convertam um microambiente tumoral imunossupressor num mais “imuno-permissivo”. O meu laboratório já testou mais de metade da biblioteca, com 560 compostos testados em cancro colorectal humano (resultando em 14 hits validados) e 443 em cancro da mama humano (15 hits validados). De forma a acelerar o processo de seleção dos fármacos, e para minimizar custo e número de ratinhos usados nos ensaios pré-clínicos, o meu trabalho consistiu em re-testar alguns destes hits em peixes-zebra injetados com as linhas de cancro de murinos já mencionados. Comecei por gerar e caracterizar os modelos xenógrafos de peixe-zebra (MC38_CRC, E0771_BC e B16-F10_melanoma). Os resultados sugerem que, apesar de todos serem considerados modelos “progressores”, com baixa eliminação tumoral basal, têm comportamento diferentes, e induzem distintos microambientes imunes no hospedeiro. Os tumores de MC38_CRC e E0771_BC revelaram sensibilidade aos compostos testados (Scopolamine hydrobromide, Tiotropium Bromide, e Methyldopa Sesquihydrate), cujos efeitos foram dependentes da presença de macrófagos. Enquanto o tratamento com Scopolamine hydrobromide induziu um ligeiro aumento na infiltração de macrófagos e neutrófilos no microambiente tumoral, o tratamento com Tiotropium Bromide resultou num aumento de macrófagos pró-inflamatórios e fagocíticos. A combinação deste último composto com Pembrolizumab (anticorpo monoclonal contra recetores PD-1) aumentou, ainda, o efeito anti-tumoral de uma forma significativa. De um modo geral, os nossos resultados destacam o potencial do modelo xenógrafo de peixe-zebra na descoberta de novos compostos imunomoduladores inatos que consigam aumentar a rejeição tumoral e complementar imunoterapias já usadas em contexto clínico.
Resumo Os inibidores de checkpoints imunitários (ICB) representam um importante avanço no tratamento oncológico. No entanto, o sucesso destas terapias é ainda limitado apenas a alguns doentes, o que pode ser explicado pela presença de mecanismos adicionais de imunossupressão no microambiente tumoral. De forma a aumentar as taxas de resposta a estes tratamentos, é essencial descobrir novas moléculas que possam ajudar a superar fenómenos de imunossupressão, ativando por completo o sistema imunitário na luta contra o cancro. Durante o desenvolvimento do modelo de xenógrafo de peixe-zebra para testagem de fármacos e medicina personalizada, o laboratório descobriu que diferentes linhas celulares de cancro exibem diferentes perfis de rejeição tumoral. Enquanto umas linhas celulares conseguem evadir a imunidade inata do hospedeiro e são pouco eliminadas (“progressoras”), outras são eficazmente eliminadas pelo sistema imune inato do hospedeiro em apenas quatro dias (“regressoras”). Esta descoberta proporcionou uma oportunidade para testar uma biblioteca de 774 compostos de baixo peso molecular, aprovada pela Food and Drug Administration (FDA). A ideia é, utilizando modelos “progressores” (que conseguem evadir o sistema imune inato do peixe-zebra), descobrir compostos capazes de induzir a eliminação do tumor. Por fim, estes compostos serão combinados com ICB, fazendo assim uso dos dois componentes do sistema imunitário (inato e adaptativo) para ativar a eliminação tumoral e, eventualmente, aumentar as taxas de resposta a imunoterapias atualmente utilizadas em contexto clínico. No entanto, para validar a eficácia da resposta dos ICB com os compostos selecionados, é imperativo o uso de ratinhos com um sistema imune adaptativo funcional e, para esse propósito, em vez de modelos celulares humanos, será necessário usar modelos murinos de cancro tais como: MC38 (cancro colorectal), E0771 (cancro da mama), e B16-F10 (melanoma). Estes modelos murinos têm sido largamente usados para descobrir moléculas que aumentem a sensibilidade dos tumores aos ICB. Isto deve-se ao facto de os mesmos apenas responderem aos ICB quando combinados com compostos que aumentem a sua imunogenicidade ou que convertam um microambiente tumoral imunossupressor num mais “imuno-permissivo”. O meu laboratório já testou mais de metade da biblioteca, com 560 compostos testados em cancro colorectal humano (resultando em 14 hits validados) e 443 em cancro da mama humano (15 hits validados). De forma a acelerar o processo de seleção dos fármacos, e para minimizar custo e número de ratinhos usados nos ensaios pré-clínicos, o meu trabalho consistiu em re-testar alguns destes hits em peixes-zebra injetados com as linhas de cancro de murinos já mencionados. Comecei por gerar e caracterizar os modelos xenógrafos de peixe-zebra (MC38_CRC, E0771_BC e B16-F10_melanoma). Os resultados sugerem que, apesar de todos serem considerados modelos “progressores”, com baixa eliminação tumoral basal, têm comportamento diferentes, e induzem distintos microambientes imunes no hospedeiro. Os tumores de MC38_CRC e E0771_BC revelaram sensibilidade aos compostos testados (Scopolamine hydrobromide, Tiotropium Bromide, e Methyldopa Sesquihydrate), cujos efeitos foram dependentes da presença de macrófagos. Enquanto o tratamento com Scopolamine hydrobromide induziu um ligeiro aumento na infiltração de macrófagos e neutrófilos no microambiente tumoral, o tratamento com Tiotropium Bromide resultou num aumento de macrófagos pró-inflamatórios e fagocíticos. A combinação deste último composto com Pembrolizumab (anticorpo monoclonal contra recetores PD-1) aumentou, ainda, o efeito anti-tumoral de uma forma significativa. De um modo geral, os nossos resultados destacam o potencial do modelo xenógrafo de peixe-zebra na descoberta de novos compostos imunomoduladores inatos que consigam aumentar a rejeição tumoral e complementar imunoterapias já usadas em contexto clínico.
Descrição
Palavras-chave
Immunotherapy Xenograft Models