Riassunto analitico
Le cellule stromali mesenchimali (MSC) sono cellule progenitrici dotate di elevato potenziale replicativo e della capacità di differenziare in diversi tipi cellulari.
Le applicazioni terapeutiche delle MSC sono state largamente studiate negli ultimi anni, soprattutto in virtù della loro capacità di stimolare la rigenerazione tissutale e dei loro effetti immunomodulanti e anti-infiammatori. Inoltre, la facilità della loro manipolazione genetica unita alla loro capacità di migrare e di localizzarsi specificamente in sede tumorale e metastatica in seguito a somministrazione sistemica rende queste cellule il mezzo ideale per trasportare molecole terapeutiche a livello tumorale.
In particolare, MSC ingegnerizzate geneticamente per esprimere il TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) hanno dimostrato un potenziale tumoricida nei confronti di diverse linee cellulari tumorali, tra cui linee di adenocarcinoma del pancreas e di sarcoma.
TRAIL è una proteina transmembrana appartenente alla famiglia del TNF caratterizzata dalla capacità di indurre l’apoptosi delle cellule tumorali senza danneggiare le cellule sane. Questa molecola si viene quindi a configurare come un promettente strumento per la terapia anti-cancro, ma l’applicazione clinica di forme ricombinanti di TRAIL è ostacolata da un’emivita plasmatica subottimale e dallo sviluppo di resistenze tumorali.
Negli ultimi anni, un crescente numero di evidenze sperimentali ha mostrato come i benefici terapeutici delle MSC derivino in larga parte dalla loro capacità di secernere molecole bioattive e, in questo contesto, assumono una grande importanza vescicole extracellulari (extracellular vesicles, EV) da loro rilasciate.
Infatti, le EV sono particelle membranose contenenti citosol e rivestite da un doppio strato fosfolipidico che vengono rilasciate dalle cellule prendendo parte alla comunicazione intercellulare, grazie alla loro capacità di trasportare un ricco contenuto di proteine, lipidi e acidi nucleici che viene rilasciato in seguito alla fusione con le cellule bersaglio. La capacità di trasportare molecole biologiche, unita alla loro stabilità e bassa immunogenicità fanno delle EV un promettente veicolo per il trasporto di agenti terapeutici.
Sulla base di queste considerazioni, in questo studio abbiamo perfezionato un protocollo di centrifugazione differenziale per l’isolamento delle microvescicole (MV) prodotte da MSC modificate producenti TRAIL. Tali MV sono state visualizzate e caratterizzate in citofluorimetria per poi verificare tramite opportuni saggi in vitro la loro capacità di esercitare un’azione tumoricida nei confronti di linee cellulari tumorali.
Il protocollo proposto si è dimostrato adeguato per l’isolamento delle MV prodotte da MSC modificate. Inoltre, alla luce di questi risultati preliminari si evince che le MV rilasciate dalle MSC modificate trasportano TRAIL e sono in grado di indurre l’apoptosi delle cellule tumorali, supportando la loro efficacia come terapia anti-cancro.
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Abstract
Mesenchymal stromal cells (MSCs) are a population of multipotent progenitor cells that retain a proliferative potential and can differentiate into a variety of cell types.
Their possible applications have been extensively investigate during the last few years, focusing primarily on their immunomodulatory and regenerative or tissue repair potential. In addition, they can be easily genetically manipulated and are able to migrate specifically to tumors and metastatic sites when systemically administered. These characteristics make MSCs an ideal vector to deliver anti-cancer agents in tumor sites.
In particular, gene-engineered MSCs that express TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) demonstrated a significant anti-tumor effects in several cancer models, such as pancreatic cancer and sarcoma.
TRAIL is a member of the TNF super-family and is a transmembrane protein that plays a fundamental role in immune surveillance inducing apoptosis in cancer cells, while sparing most of the other cell types. This characteristic makes TRAIL a promising anti-cancer agent, but clinical applications of soluble recombinant human TRAIL have been hampered by the short half-life and the development of TRAIL-resistant cancer cell populations.
In recent years, several studies showed that the secretion of bioactive factors is thought to play a predominant role in the therapeutic action of MSC and, in particular, MSC-derived extracellular vesicles (EVs) could mediate some biological functions conventionally attributed to MSC.
EVs are membrane vesicles enclosed in a lipid bilayer containing cytosol and released from cells.
Due to their capacity to transfer a rich cargo of proteins, lipids and nucleidic acids to other cells, thereby influencing the recipient cell function, EV play a role in intercellular communication.
Moreover, Since EV are stable and have a lower risk of immune rejection following systemic administration, the possibility of their therapeutic use as drug-delivery systems has been raised.
Based on these considerations, in this study we improved a differential centrifugation-based protocol for isolation of microvesicles (MVs) derived from TRAIL-armed human AD-MSC. MV were analyzed by flow cytometry and their cancer cell-killing efficacy was demonstrated by in vitro tests.
The protocol we proposed has been proved to be suitable for isolation of MSC-derived EVs and these preliminary results indicate that microvesicles derived from TRAIL-armed AD-MSC are able to transport TRAIL molecules and to induce apoptosis of cancer cells, showing their potential as anti-cancer therapy.
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