Le microbolle guidate dagli ultrasuoni possono aiutare la risposta immunitaria antitumorale / Ultrasound-Directed Microbubbles May Help Anti-Tumor Immune Response

Le microbolle guidate dagli ultrasuoni possono aiutare la risposta immunitaria antitumorale. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / Ultrasound-Directed Microbubbles May Help Anti-Tumor Immune Response. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Le microbolle guidate dagli ultrasuoni potrebbero essere utilizzate per influenzare il comportamento delle cellule T che combattono il cancro.

Un nuovo studio di un gruppo di ricercatori della Concordia dei dipartimenti di  Biologia  e  Fisica  propone un nuovo metodo per combattere i tumori cancerosi che sfrutta microbolle guidate da ultrasuoni, una tecnologia già ampiamente utilizzata nell'imaging medico e nella somministrazione di farmaci.

Scrivendo sulla rivista  Frontiers in Immunology, i ricercatori descrivono un processo che utilizza gli ultrasuoni per modificare il comportamento delle cellule T che combattono il cancro, aumentandone la permeabilità cellulare. Hanno esaminato come questo possa influenzare il rilascio di oltre 90 tipi di citochine, un tipo di molecola di segnalazione cruciale per la risposta immunitaria.

I ricercatori hanno preso di mira le cellule immunitarie umane appena isolate con fasci di ultrasuoni strettamente focalizzati e microbolle di mezzo di contrasto clinicamente approvate. Quando vengono colpite dagli ultrasuoni, le bolle vibrano a una frequenza estremamente elevata, agendo come un push-pull sulle pareti delle membrane delle cellule T. Ciò può imitare la risposta naturale delle cellule T alla presenza di un antigene. Le cellule T iniziano quindi a secernere molecole di segnalazione vitali che altrimenti sarebbero limitate dal microambiente ostile del tumore. Il processo non danneggia la cellula stessa.

"Stiamo combinando l'uso di ultrasuoni e microbolle per aiutare a modulare l'immunologia cerebrale con il campo emergente dell'immunoterapia del cancro, che consiste nello sfruttare le nostre cellule immunitarie per combattere il cancro", afferma  Brandon Helfield , professore associato di biologia e fisica e autore supervisore dell'articolo.

Riattivazione delle cellule

Questo approccio affronta direttamente una delle sfide principali alla risposta naturale dell'organismo al cancro: la capacità del tumore di disattivare le cellule T, impedendone la produzione di citochine e altre proteine ​​di interesse una volta che sono entrate nel tumore stesso.

"Le microbolle possono riattivare le cellule che sono state spente all'interno del tumore", afferma l'autore principale del documento, la dottoranda  Ana Baez . "Questo processo le aiuterà a rilasciare le proteine ​​necessarie per far crescere ulteriori cellule immunitarie e del sangue, il che crea un ciclo di feedback positivo".

Si è scoperto che i cambiamenti nella secrezione di citochine erano dipendenti dal tempo. La quantità di citochine è aumentata tra 0,1 e 3,6 volte rispetto alle cellule non trattate nell'arco di 48 ore. Inoltre, i ricercatori hanno notato che quando gli ultrasuoni rendevano le membrane cellulari più permeabili, la quantità di citochine rilasciate generalmente diminuiva.

Sebbene sia stato dimostrato solo in via preliminare tramite esperimenti da banco, gli autori sperano che questo studio approfondisca la loro comprensione dei diversi percorsi che le sostanze chimiche nel sistema immunitario del corpo utilizzano per combattere il cancro. Allo stesso tempo, credono che questa strada di ricerca migliorerà e completerà i trattamenti contro il cancro e le terapie cellulari esistenti.

"Utilizziamo già le microbolle in ambito clinico come strumenti guidati dalle immagini", afferma Helfield, titolare della cattedra di ricerca canadese di secondo livello in biofisica molecolare nella salute umana. "In futuro, potremmo manipolare il fascio per passare dall'imaging ad una sequenza terapeutica. Ciò localizzerebbe l'effetto sulle cellule T, in modo da attivare solo quelle in cui si trova il fascio".

"Potremmo anche essere in grado di includere farmaci antitumorali che prendono di mira il tumore nel trattamento", aggiunge Baez. "La tecnica è completamente non invasiva, quindi possiamo sempre ripeterla".

ENGLISH

Ultrasound-directed microbubbles could be used to influence the behavior of cancer-fighting T cells.

A new paper by a team of Concordia researchers from the departments of Biology and Physics proposes a novel method of fighting cancer tumours that uses ultrasound-guided microbubbles — a technology already widely used in medical imaging and drug delivery.

Writing in the journal Frontiers in Immunology, the researchers describe a process that uses ultrasound to modify the behaviour of cancer-fighting T cells by increasing their cell permeability. They examined how this can influence the release of more than 90 kinds of cytokines, a type of signalling molecule crucial for immune response.

The researchers targeted freshly isolated human immune cells with tightly focused ultrasound beams and clinically approved contrast agent microbubbles. When hit with the ultrasound, the bubbles vibrate at extremely high frequency, acting as a push-pull on the walls of the T cell’s membranes. This can mimic the T cell’s natural response to the presence of an antigen. The T cell then begins to secrete vital signalling molecules that would otherwise be restricted by the tumour’s hostile microenvironment. The process does not damage the cell itself.

“We’re combining the use of ultrasound and microbubbles to help modulate brain immunology with the emerging field of cancer immunotherapy, which is the harnessing of our own immune cells to fight cancer,” says Brandon Helfield, an associate professor of biology and physics and the paper’s supervising author.

Reactivating cells

This approach directly confronts one of the major challenges to the body’s natural response to cancer: the tumour’s ability to deactivate T cells from producing cytokines and other proteins of interest once they enter the tumour itself.

“The microbubbles can re-activate the cells that have been turned off inside the tumour,” says the paper’s lead author, PhD candidate Ana Baez. “This process will help them release the proteins that are needed to grow additional immune and blood cells, which creates a positive feedback loop.”

The changes to cytokine secretion were found to be time dependent. The amount of cytokines increased between 0.1 to 3.6 times compared to untreated cells over 48 hours. Additionally, the researchers noticed that when the ultrasound made the cell membranes more permeable, the amount of cytokines released generally went down.

While only preliminarily shown through benchtop experiments, the authors hope that this study will deepen their understanding of the different pathways chemicals in the body’s immune system use to fight cancer. At the same time, they believe this avenue of research will improve and complement existing cancer treatments and cellular therapies.

“We already use microbubbles clinically as image-guided tools,” says Helfield, Tier II Canada Research Chair in Molecular Biophysics in Human Health. “In the future, we could manipulate the beam to go from imaging to a therapeutic sequence. This would localize the effect on the T cells so you are only activating the ones where the beam is.”

“We may also be able to include cancer-fighting drugs that target the tumour in the treatment,” Baez adds. “The technique is completely non-invasive, so we can always repeat it.”

Da:

https://www.technologynetworks.com/cancer-research/news/ultrasound-directed-microbubbles-may-help-anti-tumor-immune-response-395044