*Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.
Para crecer, los tumores cancerosos deben secuestrar el sistema inmunitario para sus necesidades. Uno de los principales trucos que utilizan la mayoría de los tumores es manipular un tipo de célula inmunitaria llamada macrófago, lo que hace que proteja al tumor del resto del sistema inmunitario, reclute vasos sanguíneos y ayude al cáncer a propagarse a otros tejidos.
Ahora, los investigadores del laboratorio del profesor Ido Amit en el Instituto de Ciencias Weizmann han utilizado la edición genética de última generación y tecnologías de células individuales e inteligencia artificial para identificar un interruptor maestro que convierte a los macrófagos en ayudantes contra el cáncer.
Con base en este descubrimiento, el equipo desarrolló una nueva terapia que demostró ser efectiva en ratones con tumores de vejiga, uno de los tipos de cáncer más comunes en humanos y uno para el cual solo hay innovaciones terapéuticas limitadas actualmente disponibles. El descubrimiento se presenta en un artículo publicado hoy en la revista Cancer Cell.
“Los macrófagos son células sumamente versátiles, una especie de ‘navaja suiza’ del sistema inmunitario, capaces de activar múltiples tipos de funciones para diferentes tareas y en distintas situaciones”, explica Amit, profesor del Departamento de Inmunología de Sistemas de Weizmann.
Estas células tienen el potencial de ser erradicadores de cáncer altamente eficaces, capaces de realizar múltiples funciones antitumorales, como promover la inflamación anticancerígena o alertar al resto del sistema inmunitario sobre los peligros que representan las células tumorales. Esa es precisamente la razón por la que la mayoría de los cánceres sólidos necesitan convertir a los macrófagos a su lado para desarrollarse.
“De esta manera, los tumores se protegen del lado ‘malo’ de los macrófagos y también activan las funciones de los macrófagos que les ayudan a crecer, como suprimir la actividad de otros tipos de células inmunitarias y estimular el crecimiento de vasos sanguíneos para suministrar oxígeno al tumor”.
De hecho, estudios recientes han revelado una fuerte relación entre el modo de activación de los macrófagos tumorales (ya sea que estas células combatan el tumor o lo impulsen a crecer) y la supervivencia de los pacientes con cáncer.
Considerando esta importancia, muchos estudios han buscado maneras de reprogramar los macrófagos para que recuperen su función anticancerígena. “Esos esfuerzos fracasaron porque separaron los macrófagos en dos categorías muy generales: protumorales y antitumorales”, afirma Amit. “Hoy sabemos que esta categorización ignora gran parte de la complejidad de la función de los macrófagos”.
El nuevo estudio, dirigido por el Dr. Fadi Sheban, adoptó un enfoque más matizado para analizar las funciones de los macrófagos. “Comenzamos la investigación analizando conjuntos de datos de macrófagos de muestras tumorales humanas y observando las diversas funciones de estas células”, afirma Sheban. “Este análisis nos permitió identificar 120 genes sospechosos de participar en la activación de las diversas funciones protumorales de los macrófagos”.
El siguiente paso fue desarrollar un sistema capaz de analizar estos 120 genes con potencial de rol para identificar los genes más importantes para la capacidad del tumor de secuestrar la actividad de los macrófagos.
Amit y su equipo se basaron en sus tecnologías avanzadas de células individuales, capaces de estudiar la función celular con resolución unicelular, en combinación con la edición genética CRISPR-Cas9. Esta tecnología combinada les permitió eliminar genes individuales de macrófagos en un solo macrófago, uno por uno, de la lista de genes sospechosos y observar cómo esto modificaba las propiedades y la función del macrófago con resolución unicelular.
Gracias a nuestra plataforma recién desarrollada, pudimos estudiar los efectos de los 120 genes sospechosos en la función de macrófagos individuales. Esta fase del estudio incluyó la secuenciación de más de 100.000 macrófagos editados en total, afirma Sheban.
El resultado fue un conjunto de datos detallados sobre cómo los diferentes interruptores reguladores activan o desactivan diversas funciones de los macrófagos. “Fue un completo desastre. Al principio, no podíamos distinguir qué genes eran los más importantes ni qué actividad de los macrófagos controlaban”, recuerda Sheban. Para interpretar los datos empíricos, Amit y su equipo utilizaron una herramienta de aprendizaje profundo desarrollada por su colega del departamento, el profesor Nir Yosef.
La herramienta, llamada MrVI, simplificó los datos en un mapa funcional que muestra cómo los diferentes interruptores reguladores, cada uno representado como un punto en el mapa, influyen en las funciones de los macrófagos y la similitud entre los efectos de los diversos reguladores. “Gracias a MrVI, pudimos comprender qué deleciones genéticas cambiaron las funciones de los macrófagos de manera que pudieran combatir el tumor”, afirma Sheban.
Un gen, llamado Zeb2, destacó en el mapa, ya que modificó por completo las actividades de soporte tumoral de los macrófagos. Este gen nunca se había estudiado en macrófagos tumorales.
Una investigación más profunda del gen demostró que la proteína codificada por Zeb2 funciona modificando la estructura física del genoma, conocida como epigenoma, lo que determina qué otros genes estarán “abiertos”, es decir, disponibles para su traducción en proteínas, y cuáles estarán inactivos o “cerrados”.
Experimentos realizados en cultivos de tejidos y en ratones demostraron que silenciar Zeb2 activa el mecanismo antitumoral en los macrófagos. «También realizamos otro análisis de datos de pacientes humanos y descubrimos que los pacientes con una alta expresión de Zeb2 tienen un riesgo mucho mayor de desarrollar un cáncer más agresivo».
El siguiente paso fue intentar convertir este descubrimiento en una posible terapia. Para ello, Amit y su equipo colaboraron con el profesor Marcin Kortylewski, del Centro Médico Nacional City of Hope en California, EE.UU., quien desarrolló una molécula de ADN única diseñada para unirse a los macrófagos y ser absorbida por ellos. «Usamos esta molécula como cebo y la conectamos a una pequeña molécula de ARN silenciador. Una vez absorbida por el macrófago, la molécula de ARN silencia específicamente el gen Zeb2», explica Sheban.
Los investigadores utilizaron esta molécula recién desarrollada para tratar a ratones con cáncer de vejiga: inyectaron la molécula en la zona del tumor y descubrieron que la terapia reprogramaba los macrófagos para combatir el tumor y que los tumores se reducían significativamente.
“Ahora el objetivo es desarrollar este enfoque para un nuevo tratamiento contra el cáncer en humanos”, resume Amit. “Nuestro estudio también ha demostrado cómo las tecnologías avanzadas pueden proporcionar una comprensión profunda y precisa del funcionamiento de los diversos actores del sistema inmunitario en diferentes enfermedades, y cómo este conocimiento tiene el potencial de convertirse en la base de nuevas terapias para los pacientes”.
Sheban dirigió la investigación junto con el Dr. Truong San Phan, el Dr. Ken Xie y el Dr. Florian Ingelfinger del Departamento de Inmunología de Sistemas de Weizmann. El equipo también incluyó al Dr. Chamutal Gur, el Dr. Yuval Shapir Itai, el Dr. Roberto Avellino, la Dra. Paulina Chalan, la Dra. Kiara Freitag, el Dr. Ido Yofe, Kfir Mazuz, el Dr. Rony Dahan, el Prof. Nir Yosef y el Dr. Assaf Weiner del Departamento de Inmunología de Sistemas de Weizmann; el Dr. Ronnie Blecher-Gonen del Centro Nacional de Medicina Personalizada Nancy y Stephen Grand Israel; el Dr. Chunsong Yu y el Prof. Marcin Kortylewski del Instituto de Investigación Beckman del Centro Médico Nacional City of Hope; el Dr. Vladimir Yutkin del Centro Médico Hadassah, Jerusalén; Pierre Boyeau y el Dr. Can Ergen-Behr de la Universidad de California, Berkeley; Justin Hong de la Universidad de Columbia, Nueva York; y el Dr. Yuxiao Liu y el Dr. Kangming Chen de Nanjing GenScript Biotech Co., Nanjing, Jiangsu, China.
