Los macrófagos, un tipo de glóbulo blanco que destruye patógenos invasores, tienen una capacidad innata para infiltrarse en las células tumorales, una herramienta potencialmente importante en tratamientos que utilizan células trasplantadas para combatir la enfermedad, conocida como terapia celular. En el laboratorio, los macrófagos son muy prometedores en el tratamiento del cáncer, pero hasta ahora los ensayos clínicos han sido decepcionantes y los biólogos están tratando de descubrir por qué.
Pero ¿y si no es un problema biológico?
En un artículo reciente, Harvard John A. Investigadores de la Escuela Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) abordaron el fracaso de los macrófagos en ensayos clínicos desde una perspectiva de ingeniería.
El equipo de investigación, dirigido por Samir Mitragotri, profesor Hiller de ingeniería biológica y profesor Hansjörg Weiss de ingeniería de inspiración biológica en SEAS, analizó las barreras físicas que impiden que los macrófagos alcancen su objetivo en primer lugar.
Combinando la microscopía con el aprendizaje automático, el equipo descubrió que cierto fenotipo de macrófago es mejor que otros para viajar al tumor; Y no es lo que los investigadores suelen utilizar en la clínica para los tratamientos contra el cáncer.
La investigación fue publicada Reseñas de Física Aplicada.
Nuestro enfoque de ingeniería nos llevó a preguntarnos si el mal resultado terapéutico de los macrófagos en las terapias celulares puede deberse en parte a su incapacidad para ingresar al tumor. Y, de hecho, nuestros resultados muestran que diferentes fenotipos exhiben diferente penetrancia dentro del tumor. Esto proporciona una interesante hipótesis basada en la física para el pobre resultado clínico de las terapias con macrófagos previamente reportadas y una hipótesis contraria y complementaria al modelo clásico basado en la biología».
Samir Mitragotri, profesor Hiller de bioingeniería y profesor Hansjörg Weiss de ingeniería de inspiración biológica en SEAS
Existen múltiples tipos de macrófagos, simplificados como M0, M1 y M2. De los tres, los macrófagos M1 tienen el mayor potencial para combatir tumores y, por lo tanto, han sido los más utilizados para terapias celulares. Pero han dado resultados decepcionantes en los ensayos clínicos.
Mitragotri y su equipo observaron cómo cada uno de los tres fenotipos diferentes se movía a través del complejo hidrogel hasta el tumor en una placa de Petri.
«Básicamente queríamos medir qué tan bien funcionaban la mecánica de transporte y el GPS de estos diferentes macrófagos en un entorno complejo», dijo Kolade Adebowale, becario postdoctoral en SEAS y primer autor del artículo. «Descubrimos que el fenotipo M1, el microfago antitumoral, parecía tener problemas para encontrar sus objetivos, casi como si su GPS no estuviera funcionando. Pero el fenotipo M0 parecía tener un mapa realmente bueno».
La gran pregunta es por qué.
Los macrófagos existen en muchas formas diferentes y se sabe que algunos fenotipos son realmente buenos para cambiar su forma. Adebowale y las personas encontraron una correlación entre las capacidades de cambio de forma y la eficiencia del transporte -; Esto significa que los macrófagos cambiaron mejor de forma y pudieron moverse mejor hacia el tumor.
Y resulta que los macrófagos M1 son los peores de los tres cuando se trata de cambios de forma.
«Nuestro estudio muestra que la migración reducida de los macrófagos M1 en comparación con los macrófagos M0 se correlaciona con una capacidad reducida para sufrir transformaciones de forma», dijo Adebowale. «Esperamos que estos hallazgos arrojen nueva luz sobre la biofísica de la migración de macrófagos y la administración de terapias con células de macrófagos».
««Existe un tremendo potencial en aprovechar los macrófagos para mediar respuestas inmunes antitumorales en tumores humanos, y se están realizando ensayos clínicos para tratar a pacientes con macrófagos», dijo Jennifer Guerriero, profesora asistente de la Facultad de Medicina de Harvard, investigadora principal del Programa de Oncología Mamaria. en Brigham and Women’s Hospital, y coautor del estudio. «Sorprendentemente, en este estudio aprendimos que los macrófagos que se asemejan al fenotipo M0 son más eficientes para alcanzar su objetivo». Estos datos tendrán un impacto inmediato en los ensayos clínicos con el potencial de transformar la próxima generación de terapias mediadas por macrófagos».
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias con el número de premio 2138064.
Fuente:
Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard
Referencia de la revista:
Adebowale, K. y otros. (2023) Dinámica de la infiltración de tumores de macrófagos.. Reseñas de Física Aplicada. doi.org/10.1063/5.0160924.