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The potential of natural killer cells in pancreatic cancer : from exploring tumorinfiltrating lymphocytes to novel CAR-NK cell therapy
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
ABSTRACT
Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is associated with high mortality rates due
to challenges in diagnosis and limited effective treatments. Natural killer (NK) cells
have emerged as a promising adoptive cell therapy for PDAC. These cells possess high
cytotoxic function, can recognize tumors independently of major histocompatibility
complex class I (MHC-I), and carry a low risk of toxicities, thus holding the potential to
improve cancer treatment.
Despite their promise, NK cell-based therapy faces challenges, such as limited in vivo
persistence, reduced tumor infiltration, and low cell numbers. Additionally, the
suppressive tumor microenvironment (TME) of solid tumors, particularly of pancreatic
cancer, leads to the dysfunction of both T and NK cells. To address this, strategies
exploring tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) and developing novel chimeric
antigen receptor (CAR)-cells are being investigated.
This study characterized TIL-NK cells from central and peripheral tumor regions and
peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of patients diagnosed with PDAC. A
distinct distribution of NK cell infiltration within the TME was observed, with higher
numbers infiltrating peripheral regions. However, NK cells from central tumor regions
showed higher expansion rates than those infiltrating peripheral regions and PBMC.
Moreover, NK cells stimulated with IL-2, IL-15, and short IL-12 showed superior
expansion, activation, and cytotoxicity, indicating that the persistence and cytotoxicity
of TIL-NK cells can be improved ex vivo.
Genetic manipulation is another strategy to enhance NK cell function, including CARNK
cells with superior persistence, cytotoxicity, and tumor-targeting capacities.
Additionally, cytokine-induced memory-like (CIML) NK cells displayed increased
cytotoxicity and prolonged persistence. In this study, we engineered the 'Buddy-CAR'
system, consisting of CAR-CIML NK cells expressing IL7Rα and secreting IL-7
molecules. These engineered NK cells induced self-proliferation and activation,
independent of exogenous IL-2 or IL-15, and promoted the proliferation of surrounding
T cells.
Overall, these findings represent significant advancements in NK cell-based therapies
for solid tumors, particularly in the context of pancreatic cancer.
RESUMO O adenocarcinoma ductal do pâncreas (PDAC) está associado a elevadas taxas de mortalidade, devido ao diagnóstico tardio e à eficácia limitada das opções terapêuticas disponíveis. As células naturais citotóxicas (NK) emergem como uma terapia celular promissora adotiva para o tratamento do PDAC. Estas células têm uma função altamente citotóxica; conseguem reconhecer tumores independentemente do complexo principal de histocompatibilidade classe I (MHC-I) e apresentam um risco baixo de efeitos secundários, em comparação com outras imunoterapias, podendo melhorar a eficácia do tratamento deste tipo de cancro. Apesar das suas vantagens, a terapia baseada nas células NK enfrenta alguns desafios, como a reduzida persistência in vivo, a infiltração tumoral limitada e um número total de células reduzido. Adicionalmente, o microambiente tumoral (tumor microenvironment, TME) dos tumores sólidos é altamente imunossupressor, principalmente no contexto do cancro pancreático, o que promove a disfunção das células T e NK. Para superar essas limitações, estão a ser investigadas várias estratégias, incluindo o uso de linfócitos infiltrantes de tumores (tumor infiltrating lymphocytes, TIL) e desenvolvendo de células geneticamente modificadas com recetores antigénicos quiméricos (chimeric antigen receptor, CAR). Um dos objetivos deste trabalho foi isolar e caracterizar células TIL-NK das regiões central e periférica dos tumores de doentes com cancro do pâncreas, assim como das células mononucleares do sangue periférico (peripheral blood mononuclear cells, PBMC). Observou-se uma distribuição distinta na infiltração das células NK dentro do TME, com um maior número de células infiltradas nas regiões da periferia. Adicionalmente, as células NK das regiões centrais dos tumores apresentaram taxas superiores de expansão em comparação com as células NK que infiltram as regiões periféricas e presentes nas PBMCs. Além disso, neste estudo, as células NK estimuladas com interleucinas (IL)-2, IL-15 e IL-12 demonstraram superior expansão, ativação e citotoxicidade, indicando que as capacidades anti-tumorais destas células podem ser melhoradas ex vivo. Outra estratégia para melhorar a atividade anti-tumoral destas células é através da sua manipulação genética, incluindo o desenvolvimento de células CAR-NK com superior persistência, citotoxicidade e reconhecimento tumoral. Adicionalmente, as células NK podem ainda adquirir capacidades de memória, com superior citotoxicidade e perisistência, após estimulação com citoquinas, designando-se por células (cytokine-induced memory-like) CIML NK. Neste estudo foi desenvolvido o sistema ‘Buddy-CAR’, que consiste em células CAR-CIML NK que expressam IL7Rα e secretam moléculas de IL-7. Estas células não só promovem a sua própria ativação e proliferação, independentemente da presença de IL-2 ou IL-15, como também promovem a proliferação de células T circundantes. Em conclusão, estes resultados representam avanços significativos nas terapias com células NK para tumores sólidos, especialmente no contexto do cancro pancreático.
RESUMO O adenocarcinoma ductal do pâncreas (PDAC) está associado a elevadas taxas de mortalidade, devido ao diagnóstico tardio e à eficácia limitada das opções terapêuticas disponíveis. As células naturais citotóxicas (NK) emergem como uma terapia celular promissora adotiva para o tratamento do PDAC. Estas células têm uma função altamente citotóxica; conseguem reconhecer tumores independentemente do complexo principal de histocompatibilidade classe I (MHC-I) e apresentam um risco baixo de efeitos secundários, em comparação com outras imunoterapias, podendo melhorar a eficácia do tratamento deste tipo de cancro. Apesar das suas vantagens, a terapia baseada nas células NK enfrenta alguns desafios, como a reduzida persistência in vivo, a infiltração tumoral limitada e um número total de células reduzido. Adicionalmente, o microambiente tumoral (tumor microenvironment, TME) dos tumores sólidos é altamente imunossupressor, principalmente no contexto do cancro pancreático, o que promove a disfunção das células T e NK. Para superar essas limitações, estão a ser investigadas várias estratégias, incluindo o uso de linfócitos infiltrantes de tumores (tumor infiltrating lymphocytes, TIL) e desenvolvendo de células geneticamente modificadas com recetores antigénicos quiméricos (chimeric antigen receptor, CAR). Um dos objetivos deste trabalho foi isolar e caracterizar células TIL-NK das regiões central e periférica dos tumores de doentes com cancro do pâncreas, assim como das células mononucleares do sangue periférico (peripheral blood mononuclear cells, PBMC). Observou-se uma distribuição distinta na infiltração das células NK dentro do TME, com um maior número de células infiltradas nas regiões da periferia. Adicionalmente, as células NK das regiões centrais dos tumores apresentaram taxas superiores de expansão em comparação com as células NK que infiltram as regiões periféricas e presentes nas PBMCs. Além disso, neste estudo, as células NK estimuladas com interleucinas (IL)-2, IL-15 e IL-12 demonstraram superior expansão, ativação e citotoxicidade, indicando que as capacidades anti-tumorais destas células podem ser melhoradas ex vivo. Outra estratégia para melhorar a atividade anti-tumoral destas células é através da sua manipulação genética, incluindo o desenvolvimento de células CAR-NK com superior persistência, citotoxicidade e reconhecimento tumoral. Adicionalmente, as células NK podem ainda adquirir capacidades de memória, com superior citotoxicidade e perisistência, após estimulação com citoquinas, designando-se por células (cytokine-induced memory-like) CIML NK. Neste estudo foi desenvolvido o sistema ‘Buddy-CAR’, que consiste em células CAR-CIML NK que expressam IL7Rα e secretam moléculas de IL-7. Estas células não só promovem a sua própria ativação e proliferação, independentemente da presença de IL-2 ou IL-15, como também promovem a proliferação de células T circundantes. Em conclusão, estes resultados representam avanços significativos nas terapias com células NK para tumores sólidos, especialmente no contexto do cancro pancreático.
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Palavras-chave
Natural killer cells Pancreatic cancer Tumorinfiltrating lymphocytes