Décadas de uso clínico oncológico demonstraram que a imunoterapia contra o câncer oferece benefícios terapêuticos sem precedentes. Entretanto, apenas uma minoria de pacientes responde às imunoterapias existentes. Nanopartículas lipídicas de RNA surgiram recentemente como ferramentas modulares para estimulação imunológica. Nesse artigo, discutimos avanços em imunoterapias de câncer baseadas em RNA e oportunidades para avanços nessa fascinante área terapêutica.
Imunoterapia e câncer
A imunoterapia é um componente-chave da terapia moderna do câncer, com mais de 40 terapias de anticorpos monoclonais e seis terapias de células T do receptor de antígeno quimérico (CAR), agora aprovadas pelo FDA americano e em vários países do mundo.
saiba mais
A necessidade e o otimismo em torno de novas imunoterapias contra o câncer foram destacados pelo reinício do financiamento do Projeto Cancer Moonshot pelo presidente Biden em 2 de fevereiro de 2022, com a ambiciosa meta de se reduzirem as taxas de mortalidade por câncer em 50% nos próximos 25 anos.
Para atingir esse objetivo, a imunoterapia translacional e a superação da resistência em não respondedores foram identificadas como duas das dez recomendações centrais de pesquisa. Embora novos imunoterapêuticos se assemelhem aos usados %u200B%u200Bhoje - anticorpos, proteínas recombinantes, terapias celulares e pequenas moléculas - esperamos que o futuro inclua novas modalidades, particularmente terapias de RNA.
Os avanços na química e na distribuição do RNA estão conduzindo a uma nova era de imunoterapia baseada em RNA. A aprovação de várias moléculas denominados de antisenso, que nada mais são do que pequenos RNA interferentes (siRNA), além de medicamentos e vacinas baseados em mRNA, que validaram seu potencial e abriram as portas para a expansão para novas indicações.
A pesquisa em torno de imunoterapias baseadas em RNA é ampla, abrangendo engenharia de RNA para tecnologias de entrega. Novas construções de RNA para amplificar a expressão de RNA (por exemplo, RNA auto-amplificador, RNA circular), modificar a tradução (por exemplo, miRNA, siRNA) e edição de genes (Cas9 mRNA, RNA guia único [sgRNA]) prometem ser a próxima geração da imunoterapia contra o câncer.
Os veículos de entrega direcionados, incluindo nanopartículas lipídicas e poliméricas, embalagens baseadas em células ou vesículas extracelulares e sistemas híbridos, provavelmente aumentarão a potência da imunoterapia e diminuirão os efeitos colaterais.
Acreditamos que avanços substanciais em nossa compreensão da imunologia do câncer, juntamente com nossa capacidade de identificar antígenos personalizados de câncer e desenvolver veículos de entrega de RNA, desempenharão papéis centrais na imunoterapia de próxima geração.
Nanopartículas de mRNA para vacinas contra o câncer
A vacinação para promover respostas imunes terapêuticas e antitumorais tem sido um foco de longa data da pesquisa sobre o câncer. Infelizmente, os desafios com a identificação de neoantígenos imunogênicos e específicos do tumor, recrutamento de células efetoras e células imunológicas localmente adjuvantes em microambientes tumorais supressores historicamente prejudicaram seu sucesso clínico.
A única vacina contra o câncer aprovada pelo FDA em 2010, a Sipuleucel-T, é uma vacina de células dendríticas autólogas, utilizada no tratamento do câncer de próstata avançado. Embora tenha sido aprovada em 2010, nunca ganhou uso generalizado devido ao seu alto custo e eficácia clínica abaixo do esperado. Avanços recentes em nossa compreensão da imunologia tumoral e plataformas de vacinas, no entanto, renovaram a promessa de vacinas eficazes contra o câncer.
Devido ao seu sucesso em conter a pandemia de COVID-19, as vacinas intramusculares de nanopartículas lipídicas de mRNA (LNP) estão entre as mais promissoras vacinas terapêuticas contra o câncer. Uma LNP de RNA típica é composta de (1) lipídios ionizáveis %u200B%u200Bou catiônicos para interagir com o RNA polianiônico, (2) colesterol para ajustar a fluidez da bicamada lipídica, (3) lipídios de polietileno glicol (PEG) para auxiliar na estabilidade das partículas e (4) lipídios "auxiliares", como os fosfolipídios.
Juntos, eles são formulados com RNA para formar nanopartículas da ordem de 80 a 100 nm, que protegem o RNA encapsulado da degradação e o transportam para o citoplasma das células-alvo para permitir a expressão in vivo. O mRNA encapsulado pode codificar muitas proteínas, incluindo aquelas convencionalmente difíceis de expressar, e sua fabricação é independente da sequência.
Essa modularidade inerente das vacinas mRNA-LNP permite sua formulação e tradução clínica de forma mais rápida e econômica do que as tecnologias anteriores baseadas em células. Até o momento, as vacinas de mRNA-LNP da COVID-19 foram administradas por via intramuscular a bilhões de pacientes com segurança e eficácia demonstradas. A empolgação em torno das vacinas de mRNA se reflete no cenário clínico - desde 2021, dez ensaios clínicos de vacinas de mRNA contra o câncer foram iniciados.
Uma oportunidade particularmente empolgante oferecida pela modularidade do mRNA é seu uso em vacinas personalizadas de neoantígenos. Os neoantígenos são derivados de mutações tumorais específicas do paciente que provocam uma resposta imune antitumoral.
A seleção correta de neoantígenos, no entanto, não é trivial. Sua seleção requer o sequenciamento do genoma do tumor do paciente, identificando mutações e prevendo quais mutações levarão a peptídeos neoantígenos de ligação ao complexo principal de histocompatibilidade (MHC) de alta afinidade.
A capacidade de transcrever in vitro mRNA codificando neoantígenos específicos do paciente diretamente de dados de sequenciamento sem cultura de células ex-vivo ou engenharia de proteínas torna esta plataforma particularmente útil para vacinação com neoantígenos. Além disso, vários neoantígenos podem ser codificados por um único mRNA, aumentando a amplitude e a potência da vacina.
A maioria dos ensaios de vacinas contra o câncer de mRNA iniciados desde 2021 explorará antígenos específicos do paciente, e os ensaios preliminares mostraram-se promissores. Sahin e colaboradores relataram resultados de fase I em que pacientes com melanoma foram vacinados com mRNA que codifica até dez neoantígenos.
Respostas de células T CD4 e CD8 contra múltiplos neoantígenos foram observadas em todos os pacientes, juntamente com uma redução significativa na metástase. De maneira emocionante, resultados recentes de um estudo de fase 2b marcam a primeira demonstração da eficácia terapêutica de mRNA-neoantígeno em um ensaio clínico randomizado.
Nesse estudo, uma vacina de mRNA que codifica 34 neoantígenos específicos do paciente, em combinação com anti-PD1 (pembrolizumabe) reduziu o risco de recorrência ou morte em 44% em comparação com o pembrolizumabe isolado em pacientes com melanoma ressecado em estágios III/IV de alto risco de recorrência.
A Moderna e a Merck planejam iniciar um estudo de fase 3 em 2023. A capacidade de desenvolver vacinas específicas para pacientes tem o potencial de provocar respostas terapêuticas naqueles recalcitrantes aos tratamentos existentes.
Além de personalizar antígenos de vacinas, o RNA oferece uma oportunidade única para desenvolver terapias combinadas. A incorporação de RNA imunoestimulante em formulações de vacinas pode combater microambientes tumorais imunossupressores e melhorar substancialmente a eficácia terapêutica.
O eTheRNA, por exemplo, está explorando a adição do mRNA Tri-Mix - que codifica caTLR4, CD40L e CD70 - a vacinas contra o câncer para aumentar a ativação das células dendríticas e a apresentação do antígeno. A Moderna também mostrou que a administração intratumoral de mRNA de interleucina-23 (IL-23), IL-36γ e OX40L promove a transformação de células T auxiliares tipo 1 (Th1). Embora não testada, essa transformação pode funcionar sinergicamente com as vacinas. Além do mRNA, o silenciamento simultâneo do ponto de controle imunológico (siRNA) também pode ser terapêutico. Novas terapias combinadas podem trazer reduções de custos, além de benefícios terapêuticos.
Potencializando as vacinas de mRNA contra o câncer
Acreditamos que as oportunidades para a melhoria da vacina contra o câncer de mRNA se enquadram amplamente em pelo menos três categorias: (1) aumentar o número de pacientes tratáveis %u200B%u200Bcom vacinas contra o câncer, (2) melhorar a potência dos RNA-LNPs e (3) melhorar sua tolerabilidade.
Para abordar o primeiro, é necessário um melhor entendimento de como projetar antígenos para uma gama mais ampla de cânceres e pacientes. Muitos ensaios clínicos se concentraram no melanoma, pois sua alta taxa de mutação aumenta o número de neoantígenos e, portanto, a probabilidade de identificar um que provoque uma resposta imune eficaz.
A extensão para cânceres de menor carga mutacional pode exigir ferramentas adicionais para melhorar o design do antígeno. Avanços em redes neurais e aprendizado profundo podem ser particularmente úteis, pois utilizam várias fontes de dados para prever projetos de antígenos ideais. 5 EDGE, por exemplo, é uma abordagem recente de aprendizado profundo que prevê a ligação do peptídeo MHC-I usando espectrometria de massa, DNA, e sequenciamento de RNA.
Infelizmente, a utilidade de tais modelos de aprendizado profundo é prejudicada por tamanhos de amostra pequenos e geração de dados inconsistentes. Conjuntos de dados de neoantígenos de câncer grandes e de alta qualidade melhorariam muito a utilidade dessas ferramentas.
O segundo desafio, melhorar a potência do RNA-LNP, é importante para aumentar a ativação das células T CD8 e a resposta antitumoral. As abordagens químicas para melhorar a potência do LNP foram exploradas extensivamente na última década e normalmente incluem o desenvolvimento de lipídios ionizáveis %u200B%u200Bpara melhorar a entrega e a resposta imunológica.
Embora essa abordagem tenha levado ao aumento da entrega de mRNA, apenas uma pequena porcentagem do mRNA dosado é processada por células apresentadoras de antígenos (APCs).
O direcionamento de vacinas de mRNA para APCs de órgãos linfóides, que são capazes de apresentação cruzada de MHC-I e ativação de células T CD8, pode melhorar a potência da vacina. Por exemplo, o BNT111, que está atualmente em ensaios de fase II para melanoma e tem resultados iniciais promissores, utiliza uma formulação carregada negativamente que supostamente facilita a absorção específica em macrófagos e APCs dendríticos.
Além do direcionamento baseado em carga, a conjugação de ligantes com superfícies LNP (por exemplo, anticorpos anti-CD11c ou DEC205) também pode melhorar o direcionamento de APC. É possível que o direcionamento, juntamente com o desenvolvimento de LNPs mais potentes, possa facilitar respostas imunes aprimoradas em doses mais baixas de RNA.
O terceiro desafio, melhorar a tolerabilidade da vacina contra o câncer de mRNA, é provavelmente o menos impactante. Quando comparadas com as vacinas convencionais contra a gripe, as vacinas de mRNA do SARS-CoV-2 têm segurança clínica semelhante ou melhor, embora a tolerabilidade melhorada ainda possa ser digna de estudo.
Como todas as vacinas, estudos de limitação de dose revelam a possibilidade de sintomas semelhantes aos da gripe, febre, dores de cabeça e calafrios. Além disso, infusões intravenosas de nanopartículas, utilizadas para algumas vacinas contra o câncer, também podem levar a infusões de curto prazo semelhantes a alergias - reações relacionadas (IRRs).
No entanto, no contexto do tratamento do câncer, esses efeitos colaterais devem ser pesados %u200B%u200Bcontra a eficácia clinicamente importante que demonstraram nos primeiros estudos humanos, com uma redução de 42% na morte ou recaída no estudo Merck-Moderna recentemente relatado, em que os pacientes foram tratados intramuscular a cada três semanas.
A identificação de fontes de reatogenicidade do mRNA-LNP, no entanto, é complexa, pois os modelos animais não recapitulam com precisão os sintomas humanos e a gravidade dos sintomas é altamente variável. Apesar disso, estudos recentes oferecem informações sobre os mecanismos biológicos que regulam a reatogenicidade.
O mRNA exógeno pode ser imunoestimulante, pois pode ser reconhecido por receptores de reconhecimento de padrão (PRRs) em APCs. Tahtinen e colaboradores identificaram o eixo inflamatório IL-1/IL-1ra como um regulador chave dos sintomas semelhantes aos da gripe pós-vacinação, embora o mecanismo exato da estimulação de IL-1 permaneça desconhecido. 8 Indução de interferon tipo I por TLR3/7/8 e RIG-1 reconhecimento de mRNA não modificado também pode desempenhar um papel; no entanto, há relatos conflitantes sobre a extensão da ativação imune por mRNA modificado e não modificado.
Enquanto isso, acredita-se que as IRRs para nanomateriais sejam causadas principalmente pela pseudoalergia relacionada à ativação do complemento (CARPA).9 Embora esses estudos forneçam informações, ainda existem lacunas substanciais em nossa compreensão de como o design de LNP e os fatores genéticos/ambientais afetam a reatogenicidade da vacina de mRNA.
É importante ressaltar que a ativação dessas vias inflamatórias e do interferon tipo I pode, em última análise, inibir a tradução do mRNA da vacina, inibindo assim a expressão do antígeno e diminuindo a imunidade. A mitigação desses processos inflamatórios pode, portanto, melhorar a potência da vacina, bem como os efeitos colaterais.
Possíveis soluções incluem a alteração ou substituição de certos componentes LNP, incorporação de lipídios furtivos para evitar a vigilância imunológica, dez modificações de RNA para minimizar o reconhecimento de PRR e outras vias de administração de vacinas (por exemplo, nasal, oral). O momento e a localização (local versus sistêmico) da ativação imune podem determinar se o resultado é prejudicial ou protetor. A engenharia diferenciada será necessária para projetar vacinas que minimizem a ativação de reações imunes inatas contraproducentes enquanto ainda promovem a maturação de APC, apresentação de antígeno e imunidade adaptativa.
Concluindo
O estupendo sucesso da imunoterapia demonstrou que o sistema imunológico continua sendo uma das nossas ferramentas mais poderosas contra o câncer. No entanto, muitos pacientes não respondem aos medicamentos existentes, enfatizando a necessidade de avanços.
Respostas imunes anticancerígenas aprimoradas exigirão o esforço conjunto de pesquisadores e médicos para avançar nossa compreensão da imunologia do tumor, novas modalidades terapêuticas e métodos de entrega. Os terapêuticos de RNA têm uma capacidade inerente de direcionar genes específicos, induzir a ativação imune e são prontamente entregues in vivo por meio de nanopartículas direcionadas.
Embora permaneçam desafios para o desenvolvimento de sistemas de entrega de RNA seguros e eficazes, acreditamos que as nanotecnologias de RNA serão, em última análise, componentes importantes das imunoterapias de próxima geração.