Immunità e microambiente come chiavi contro le metastasi dei tumori di colon e pancreas

Il complesso programma coordinato da Mantovani ha avuto l’obiettivo primario di identificare biomarcatori innovativi e nuovi bersagli molecolari, e di sviluppare strategie terapeutiche per contrastare in modo efficace la diffusione del tumore. Per arrivare a questi risultati è stato necessario studiare nei minimi dettagli, quasi dissezionare, il ruolo dell’infiammazione e dell’immunità, sempre tenendo conto del contesto, ovvero il microambiente, nel quale le cellule dei nostri sistemi di difesa e del tumore si muovono.

1. Si parte in quarta. I ricercatori guidati da Mantovani sono partiti da una solida base, rappresentata dalle tante informazioni e scoperte emerse negli anni precedenti dal lavoro sostenuto da AIRC attraverso i programmi speciali 5 per mille avviati nel 2010. “Alcuni bersagli e strategie terapeutiche erano già state identificate e, anche grazie alla grande esperienza e competenza dei partecipanti al progetto, è stato possibile mettersi subito all’opera”, aggiunge Mantovani.
2. La relazione tra immunità e metastasi. I diversi partner coinvolti nel programma si sono dedicati allo studio dell’infiltrazione dei leucociti nel microambiente tumorale e nel tumore in relazione alla diffusione della malattia e allo sviluppo di metastasi. Per queste analisi sono stati utilizzati campioni di tumore e di metastasi derivati dai pazienti, ma sono stati condotti studi anche su singole cellule attraverso tecnologie all’avanguardia. Non è stato trascurato nemmeno il microbiota – la cosiddetta flora intestinale – che sembra avere un ruolo nel processo di metastatizzazione, ed è stato studiato sia nel tumore primario sia nella metastasi. Il tutto grazie anche all’uso di competenze che vanno oltre la biologia, come per esempio la bioinformatica e il “machine learning”.
3. Alla ricerca di biomarcatori. Alcuni possibili biomarcatori sono stati già parzialmente identificati negli anni precedenti e nel corso di questo programma ne sono stati trovati di nuovi attraverso lo studio di cellule linfoidi e mieloidi e degli esosomi del tumore, piccole vescicole prodotte dalle cellule tumorali.
4. Studi pre-clinici e clinici. L’identificazione dei biomarcatori e delle nuove strategie terapeutiche deve essere necessariamente seguita da studi che ne confermino l’importanza nel contesto della lotta alle metastasi. Mantovani e gli altri ricercatori coinvolti nel progetto hanno utilizzato a questo scopo cellule, organoidi e animali di laboratorio in cui studiare la diffusione metastatica. Gli organoidi sono un tentativo di ricreare una sorta di versione semplificata di un organo, normale o tumorale, in laboratorio. Infine, i risultati ottenuti sono stati in parte già portati al letto dei pazienti e in parte lo saranno in futuro, grazie a studi clinici progettati su misura.

Per crescere e diffondersi in organi distanti, il cancro utilizza numerose strategie nelle quali il sistema immunitario, assieme alle caratteristiche del microambiente che circonda il tumore, ha un ruolo primario. I risultati ottenuti nel programma sono utili a rispondere alle domande ancora aperte su diagnosi e terapia dei tumori del colon-retto e del pancreas, ma potranno probabilmente essere estesi anche ad altri tipi di neoplasia metastatica. In termini pratici i ricercatori hanno puntato a ottenere nuove conoscenze da tradurre in strumenti per la diagnosi e la prognosi e in terapie efficaci.

Il gruppo coordinato da Mantovani ha completato il proprio lavoro, che si è focalizzato su immunità e metastasi, giungendo a risultati significativi. Tra questi è stata condotta la prima analisi a livello di cellule singole sui macrofagi, i “poliziotti” del sistema immunitario, all’interno di metastasi di un tumore umano. “Abbiamo puntato a rispondere a una domanda clinica ben precisa: è possibile predire quali pazienti con metastasi al fegato da tumore del colon-retto possono essere curati con la chirurgia?”, spiega Mantovani, ricordando che in sala operatoria si cura una quota importante di questi pazienti, ma non tutta. Per il 20-30% di loro, il bisturi non basta.

Per distinguere i macrofagi che ostacolano la progressione tumorale da quelli che invece aiutano il tumore a crescere, si possono usare sperimentalmente tecnologie avanzate, che vanno dal “machine learning” all’analisi trascrittomica e a singole cellule. Con queste tecniche innovative, che permettono di identificare e distinguere tra loro i macrofagi, possiamo oggi definire meglio la prognosi, che cambia a seconda di quanti “poliziotti buoni e cattivi” ci sono. “Lo strumento che abbiamo sviluppato consente di identificare i pazienti con una prognosi migliore e potrebbe anche aiutare a scegliere le terapie successive”, aggiunge lo scienziato. Gli studi condotti inizialmente in Humanitas sono stati confermati ed estesi all’Istituto nazionale tumori di Milano.

Sempre all’interno del programma, i ricercatori guidati da Maria Rescigno hanno dimostrato che una proteina, chiamata PV1, è in grado di predire lo sviluppo di metastasi in diversi tipi di cancro (mammella, rene e sarcomi). La proteina PV1 è presente in particolare sulle cellule endoteliali, ossia le cellule che costituiscono la parete interna dei vasi sanguigni. Anche in questo caso i risultati sono stati estesi a una coorte di pazienti indipendente.

Il gruppo di Sergio Abrignani ha invece identificato le cellule che inibiscono la risposta immunitaria antitumorale dei linfociti Treg e una firma molecolare, sempre associata a queste cellule, che potrebbe avere un significato prognostico in molti tipi di tumore. Inoltre, ha dimostrato che bloccare una molecola presente nei linfociti T dei tumori può aumentare la loro funzione antitumorale.

Il gruppo di Gioacchino Natoli ha descritto in dettaglio i meccanismi molecolari mediante i quali le cellule del cancro del pancreas sono in grado di dare origine a metastasi attraverso le vie nervose. Il blocco di tali meccanismi potrebbe rappresentare una nuova strategia terapeutica nel trattamento di questo tipo di cancro. Questo tipo di analisi è stata estesa e quindi condivisa con la comunità scientifica.

Un altro grande tema del programma coordinato da Mantovani ha riguardato lo studio dell’interazione tra cellule mieloidi e linfoidi innate, possibile grazie alle competenze del consorzio, in particolare di Simona Sivori, Angela Santoni e Lorenzo Moretta. Questa parte del programma ha permesso di identificare un nuovo checkpoint (IL-1R8), uno dei freni del sistema immunitario che vengono sbloccati con l’immunoterapia, gettando le basi per il trasferimento di questi risultati in clinica. Inoltre, sono stati individuati nuovi meccanismi, che includono cellule “corrotte” del nostro stesso sistema di difesa (Moretta) e molecole (Sivori e Santoni), che bloccano l’attività antitumorale delle cellule dell’immunità innata. Tali meccanismi cellulari e molecolari suggeriscono nuove strategie terapeutiche per contrastare i tumori.

Infine, i ricercatori Andrea Biondi, Alessandro Rambaldi e Franco Locatelli si sono occupati anche di terapie cellulari, partendo dalle loro competenze in settori come l’ematologia, in cui le cellule ingegnerizzate (CAR-T) sono approvate per uso clinico. Importanti risultati clinici hanno dimostrato risposte cliniche significative in pazienti con neuroblastoma e neoplasie dei linfociti B utilizzando, rispettivamente, cellule ingegnerizzate GD2-CART e cellule CD-10-CIK-CAR (dove CIK sta per cellule Cytokine-Induced Killer). Questi risultati aprono la strada per nuove terapie sia per i tumori solidi sia per quelli ematologici. Il lavoro condotto nel consorzio è stato “catalitico” negli studi condotti da Locatelli, che hanno dimostrato l’efficacia di un approccio originale basato su cellule CAR-T, dirette contro GD2 nella terapia di un tumore solido, il neuroblastoma refrattario o ricorrente dell’infanzia. Grazie a studi condotti nel network, la presenza di cellule mieloidi soppressive si è rivelata associata alla risposta o resistenza alla terapia con cellule.

Il gruppo coordinato da Mantovani ha pubblicato oltre 330 articoli scientifici, evidenziando il ruolo cruciale di macrofagi, cellule T regolatorie e cellule NK nella progressione tumorale e nella risposta immunitaria. Tra i risultati più importanti raggiunti si può ricordare l’identificazione di nuove strategie per riprogrammare i macrofagi associati al tumore e di biomarcatori predittivi, tramite l’analisi del microbioma e del microambiente metastatico. I ricercatori coinvolti nel programma hanno inoltre contribuito allo sviluppo di piattaforme innovative per terapie cellulari, come le cellule CAR-CIK, e condotto studi clinici in pazienti in età pediatrica con neuroblastoma o leucemia, per valutare la sicurezza e l’efficacia di trattamenti a base di cellule CAR-T. Le sfide future riguardano l’inibizione precoce delle metastasi, l’uso di CAR-T nei tumori solidi, di cui nel progetto sono state fornite evidenze sull’efficacia, l’ampliamento delle terapie a base di cellule CAR-NK e CAR-M e lo studio della diversità del microambiente tumorale nei vari organi.

Questo, in sintesi, è l’esito del lavoro del consorzio composto da 9 unità operative distribuite sul territorio nazionale. Nel dettaglio, di seguito, il contributo di ognuna di esse, tenendo presente che tutti i risultati conseguiti hanno visto la partecipazione dei diversi gruppi del programma ISM.

Quella dell’Università di Genova, guidata da Sivori, ha caratterizzato le cellule natural killer (NK) che riescono a raggiungere la sede di particolari tipi di tumori solidi per cui a oggi non esistono ancora cure efficaci. Si tratta in particolare del carcinoma ovarico, del colon-retto e dell’adenocarcinoma pancreatico duttale. Lo scopo è stato definire, in collaborazione con altre unità operative, quali freni blocchino le “armi” che le cellule NK generalmente usano per difenderci da potenziali insorgenze di tumori e proporre quindi trattamenti di ripristino delle loro funzioni. Inoltre, un ulteriore obiettivo è stato individuare molecole espresse solo dal tumore in modo che possano diventare ulteriori bersagli per approcci immunoterapeutici, sempre in collaborazione con altre unità operative.

Santoni ha guidato invece i ricercatori della Sapienza Università di Roma impegnati a individuare il ruolo di un gruppo di cellule del sistema immunitario, denominate cellule linfoidi innate, nella crescita e metastatizzazione del cancro del colon-retto. Il gruppo si è proposto di esplorare l’azione dei linfociti dell’immunità innata sulla crescita e metastatizzazione delle cellule tumorali del colon-retto. Grazie a questo progetto, sostenuto nell’ambito del programma AIRC 5 per mille, il gruppo di ricerca ha messo a punto diversi sistemi sperimentali preclinici per esplorare le interazioni tra i linfociti dell’immunità innata e le cellule tumorali e il loro microambiente. I risultati di questi studi permetteranno di identificare nuovi bersagli cellulari e molecolari e di individuare approcci terapeutici sempre più mirati a contrastare la progressione e la metastatizzazione del cancro del colon-retto.

L’unità operativa guidata da Moretta all’Ospedale pediatrico Bambino Gesù di Roma ha focalizzato la propria attività di ricerca su sottopopolazioni del sistema immunitario che contrastano la crescita e la diffusione dei tumori. In particolare, l’attenzione si è concentrata sulle cellule natural killer (NK), studiando e identificando, sia nei tumori primari sia metastatici, diversi meccanismi inibitori capaci di inattivare l’attività antitumorale delle cellule NK stesse. In collaborazione con diversi gruppi coinvolti nel consorzio, è stato possibile dimostrare come il microambiente tumorale riesca a richiamare cellule che contribuiscono a spegnere l’attività antitumorale sia delle cellule NK sia di altre popolazioni linfoidi innate. È importante ricordare che l’identificazione dei meccanismi coinvolti nella crescita tumorale contribuisce all’identificazione di nuovi bersagli per l’immunoterapia, fornendo quindi armi ulteriori per combattere il cancro.

Il gruppo di ricerca di Abrignani all’Istituto nazionale di genetica molecolare (INGM) di Milano si è occupato di studiare il ruolo dei linfociti T regolatori nel microambiente tumorale. Si tratta di cellule che possono sopprimere la risposta antitumorale favorendo la crescita del tumore. Attraverso l’impiego di tecnologie all’avanguardia, i ricercatori dell’INGM hanno identificato 2 popolazioni di linfociti T regolatori, con una forte attività di inibizione dei linfociti T effettori. Inoltre, nei laboratori di INGM è stata messa a punto una tecnologia di imaging che permette di apprezzare la localizzazione spaziale di queste cellule.

All’Istituto clinico Humanitas di Rozzano (Milano), i ricercatori guidati da Rescigno hanno valutato il ruolo di un alterato microbiota anche nel processo di metastatizzazione. Precedenti ricerche avevano portato a osservare che un microbiota alterato può portare alla modifica della permeabilità dei vasi e alla migrazione di batteri dal tumore. Nel caso specifico del tumore del colon, tale migrazione batterica può arrivare al fegato, dove si prepara una nicchia che favorisce la migrazione successiva delle cellule tumorali. È stato così identificato un marcatore della modifica dei vasi e ora si stanno valutando i processi molecolari coinvolti, con uno sguardo anche ad altri tipi di tumore metastatico.

Dall’Istituto europeo di oncologia (IEO) di Milano, Natoli e il suo gruppo hanno studiato una particolare caratteristica del cancro del pancreas, ovvero la sua frequente disseminazione lungo i nervi, che contribuisce a determinare l’aggressività clinica di questo tumore, ancora oggi con prognosi nella maggior parte dei casi infausta. Grazie a tecnologie analitiche all’avanguardia, i ricercatori hanno lavorato per definire i meccanismi molecolari alla base della disseminazione nervosa del cancro del pancreas: l’ulteriore caratterizzazione di questi meccanismi potrebbe consentire l’identificazione di nuovi bersagli molecolari potenzialmente utilizzabili in futuro per la terapia.

Il Dipartimento di oncoematologia e terapia genica e cellulare dell’Ospedale pediatrico Bambino Gesù di Roma, diretto da Locatelli, ha partecipato attivamente al programma contribuendo allo sviluppo di terapie innovative cellulari e genetiche per contrastare tumori caratterizzati da elevata capacità di dare metastasi, come il neuroblastoma e il sarcoma. Punto di forza del gruppo è stata la grande esperienza nella realizzazione di studi clinici per l’applicazione di terapie innovative basate sull’utilizzo di cellule CAR-T, per potenziare l’azione del sistema immunitario contro il tumore. In particolare, i ricercatori hanno sviluppato una piattaforma alternativa per la generazione di prodotti clinici basati sull’utilizzo di cellule NK derivanti da donatori sani che è già stata validata, grazie alla collaborazione con altre unità operative del consorzio, nel trattamento dei pazienti con leucemia linfoblastica acuta a cellule B. Sempre in collaborazione con altre unità operative, si stanno valutando nuovi bersagli terapeutici per approcci CAR-T anche nei tumori metastatici del pancreas e del colon-retto.

Il risultato più importante raggiunto dal gruppo dell’Ospedale Papa Giovanni XXIII di Bergamo guidati da Rambaldi è l’implementazione della produzione per uso clinico di cellule citotossiche antitumorali CIK, geneticamente modificate con recettori antitumorali (CARCIK-CD19). In particolare, il gruppo di Rambaldi, grazie a una stretta collaborazione con il gruppo di Monza, che ha sviluppato per primo queste cellule terapeutiche, ha ottenuto l’autorizzazione da parte delle autorità regolatorie a produrre CARCIK-CD19 a uso clinico e ha sottomesso nuovi protocolli clinici per l’impiego di queste cellule in pazienti adulti (a Bergamo) e pediatrici (a Monza). Inoltre, il gruppo ha sviluppato nuove cellule CAR dirette contro una molecola del microambiente tumorale, la tenascina C (TNC), espressa in eccesso in diversi tumori solidi ed emopoietici e implicata anche nella capacità metastatica di questi tipi di cancro. Si sta ora mettendo a punto, in collaborazione con altri gruppi, un sistema per testare l’efficacia in animali di laboratorio delle cellule CARCIK-TNC.

L’unità diretta da Biondi all’Ospedale San Gerardo di Monza ha contribuito al programma mettendo a disposizione una piattaforma per la generazione di cellule CARCIK, ovvero linfociti T citotossici modificati per esprimere recettori specifici per tipo di tumore. Proprio utilizzando questa piattaforma, il gruppo, in collaborazione con quello di Bergamo, ha effettuato uno studio di fase I/II per valutare la sicurezza e l’attività di cellule CARCIK-CD19 per il trattamento delle leucemie di tipo B. Tra gli obiettivi c’era l’estensione dell’approccio CAR contro tumori solidi metastatici, studiando anche cellule CARCIK derivate da risorse biologiche alternative, come il sangue del cordone ombelicale. Infine, hanno puntato allo sviluppo di approcci combinati, che prevedano CAR a doppio bersaglio, in grado di colpire simultaneamente le cellule tumorali e alcune cellule del microambiente, e CAR combinati a inibitori di checkpoint, ovvero farmaci che “sbloccano” la risposta immunitaria contro il tumore.