Immaginografia in tempo reale delle cellule trapiantate per trattamenti migliori
La terapia cellulare prevede la somministrazione di cellule autologhe o allogeniche, cellule staminali per finalità rigenerative oppure cellule differenziate in qualità di cellule immunitarie per l’immunoterapia. Qualunque sia il tipo di cellula o la via di somministrazione, senza dubbio nel corso degli anni sono stati compiuti enormi progressi. Tuttavia, non è possibile monitorare la funzione e il destino delle cellule trapiantate poiché la terapia cellulare si basa piuttosto sulla valutazione di parametri fisiopatologici. Ciò rende inoltre complicato ottimizzare i parametri della terapia cellulare al fine di conseguire risultati clinici migliori.
Marcare le cellule trapiantate con nanoparticelle d’oro
Il progetto nTRACK, finanziato dall’UE, ha proposto un approccio più diretto per il tracciamento in tempo reale delle cellule trapiantate. Il suo obiettivo principale consisteva nel monitoraggio della biodistribuzione e della sopravvivenza delle cellule in modo sicuro, non invasivo e sensibile. Il coordinatore del progetto, Marc Masa, spiega: «L’idea era di etichettare le cellule trapiantate con nanoparticelle che avrebbero permesso il tracciamento in vivo a lungo termine tramite l’immaginografia clinica.» I ricercatori hanno realizzato due tipi di nanoparticelle: nanoparticelle a base di oro, nanoparticelle a guscio d’oro e con nucleo in ferro. È stata effettuata la caratterizzazione completa del primo tipo in termini di tossicità e destino intracellulare. Inoltre, è possibile ampliarne la produzione in presenza di condizioni di buone prassi di fabbricazione. Le nanoparticelle provviste di guscio d’oro e nucleo in ferro sono state esaminate nella fase preclinica. L’analisi approfondita dei meccanismi alla base dell’assorbimento e dell’escrezione cellulari hanno indicato che le nanoparticelle di nTRACK si accumulavano in endosomi e lisosomi. Gli studi in vivo hanno dimostrato che era possibile individuare le cellule marcate da nanoparticelle fino a 24 giorni dopo l’iniezione utilizzando la tomografia computerizzata (TC). Lo studio della prova di concetto impiegava cellule staminali marcate da nanoparticelle per monitorarne il destino in tempo reale in un modello animale di rigenerazione muscolare.
Un modello predittivo per valutare l’efficacia dei trattamenti
L’analisi della migrazione e della biodistribuzione delle cellule staminali iniettate ha inoltre permesso la previsione del recupero da lesioni muscolari fino a 14 giorni dopo la terapia con cellule staminali. I ricercatori hanno integrato caratteristiche radiomiche estrapolate da dati preclinici della TC in una banca dati utilizzata per addestrare algoritmi di apprendimento automatico di regressione. L’incorporazione di nanoparticelle d’oro all’interno dei tessuti di interesse ha stabilito nuovi standard per lo studio di diversi parametri relativi a protocolli di immaginografia multimodali. Il consorzio ha intrapreso studi approfonditi allo scopo di valutare la concentrazione dell’oro e le sue ripercussioni sui protocolli di immaginografia e dosimetria. «In principio, sono stati impiegati modelli computazionali di topi e ratti per la normalizzazione della metodologia, convalidando i risultati simulati con quelli sperimentali», afferma Masa. «Successivamente, è stato creato un modello di ovino voxelizzato tridimensionale per estendere le simulazioni di immaginografia e dosimetria ad animali di dimensioni superiori.» Al fine di tradurre questi protocolli in un contesto clinico, i ricercatori hanno incorporato modelli antropometrici che hanno permesso loro di definire i livelli inferiori di rilevamento delle nanoparticelle d’oro.
Problemi e prospettive
nTRACK ha sviluppato una tecnologia senza precedenti per l’immaginografia delle cellule staminali che richiede un nuovo quadro normativo e orientamenti. Le informazioni generate potrebbero rappresentare un trampolino di lancio per le indagini future e l’ulteriore evoluzione delle nanoparticelle di nTRACK. Il consorzio continuerà a lavorare sul quadro normativo, puntando a definire meglio la tecnologia e renderla accessibile ad altri gruppi di ricerca attivi in questo ambito. La visione per la tecnologia nTRACK coincide con il suo impiego in qualunque tipo di cellula staminale o terapia cellulare, in cui l’immaginografia e il tracciamento delle cellule si conferma impegnativo.
Parole chiave
nTRACK, immaginografia, cellule trapiantate, cellule staminali, terapia cellulare, nanoparticelle d’oro, tomografia computerizzata, apprendimento automatico