Nanotoxina dirigida a CXCR4, T22-DITOX-H6, que induce efecto antineoplásico y activa el sistema inmune en cáncer colorrectal metastásico con estabilidad de microsatélites

Abstract

El càncer colorectal (CCR) és la tercera neoplàsia maligna més comuna i la segona causa principal de mort per càncer a nivell mundial. La manca de teràpies dirigides eficaces i de baixa toxicitat representa un problema sanitari, especialment en pacients amb estabilitat de microsatèl·lits (MSS), on els tumors tenen baixa infiltració immunitària i la immunoteràpia no és efectiva. A més, les metàstasis hepàtiques afecten el 60% dels pacients amb CCR, sent la principal causa de mortalitat, el que subratlla la necessitat urgent de desenvolupar tractaments més efectius i específics per tractar pacients amb CCR MSS metastàtic. El grup d’Oncogènesi i Antitumorals de l’Institut de Recerca Sant Pau, juntament amb el grup de Nanobiotecnologia de la Universitat Autònoma de Barcelona, han desenvolupat la nanotoxina (NT) proteica autoassemblable T22-DITOX-H6. Aquesta NT incorpora el lligand T22 que reconèix específicament el receptor CXCR4, essent un marcador de cèl·lules tumorals associat a mal pronòstic i metàstasi, que actua inhibint el factor d’elongació 2 eucariota (eEF-2), causant la mort cel·lular. En aquesta tesi, la seva eficàcia es va avaluar en models in vitro i in vivo, utilitzant una línia cel·lular murina modificada per sobreexpressar CXCR4. En models murins de CCR MSS immunocompetents, l’administració de la NT T22-DITOX-H6 va mostrar un potent efecte antineoplàsic que disminueix la taxa de creixement de tumors subcutanis i redueix la disseminació metastàtica al fetge, pulmons, mesenteri i peritoneu. A més, l’acció citotòxica de T22-DITOX-H6 va induir l’activació de la piroptosi, tant in vitro com in vivo, que és una mort cel·lular inflamatòria que va estimular el reclutament d’eosinòfils i de cèl·lules T CD8 cap als teixits tumorals i metastàtics in vivo. Aquesta reprogramació immunològica va sensibilitzar els tumors MSS als inhibidors de punts de control immunitari (ICIs). En aquest context, l’administració de T22-DITOX-H6 seguida d’un ICI anti-PD1 va desencadenar un efecte antineoplàsic superior, aconseguint l’eliminació completa de metàstasis hepàtiques o pulmonars en la majoria dels ratolins tractats. Aquesta nova terapia aborda la principal causa de mort en pacients amb CCR MSS metastásic, que demostra la seva efectividad antineoplásica sense toxicitat sistémica asociada. En conclusió, T22-DITOX-H6 i la seva combinació amb anti-PD1 representen un enfocament terapèutic prometedor per a pacients amb CCR MSS metastàtic, oferint una opció efectiva i segura que pot transformar el tractament d’aquesta malaltia.

El cáncer colorrectal (CCR) es la tercera neoplasia maligna más común y la segunda causa principal de muerte por cáncer a nivel mundial. La falta de terapias dirigidas eficaces y de baja toxicidad representa un problema sanitario, especialmente en pacientes con estabilidad de microsatélites (MSS), cuyos tumores presentan baja infiltración inmunitaria y respuesta inefectiva a la inmunoterapia. Además, las metástasis hepáticas afectan al 60% de los pacientes con CCR, siendo la principal causa de mortalidad. Esta circunstancia subraya la necesidad urgente de desarrollar tratamientos más efectivos y específicos para tratar a los pacientes con CCR MSS metastásico. El grupo de Oncogénesis y Antitumorales del Institut del Recerca Sant Pau junto al grupo de Nanobiotecnología de la Universitat Autònoma de Barcelona han desarrollado la nanotoxina (NT) proteica autoensamblable T22-DITOX-H6 . Esta NT incorpora el ligando T22 que reconoce específicamente el receptor CXCR4, que es un marcador de células tumorales asociado a mal pronóstico y metástasis, y que actúa inhibiendo el factor de elongación 2 eucariota (eEF-2), causando la muerte celular. En esta tesis, su eficacia fue evaluada en modelos in vitro e in vivo, utilizando una línea celular murina modificada para sobreexpresar CXCR4. En modelos de ratón CCR MSS inmunocompetentes, la administración de la NT T22-DITOX-H6 mostró un potente efecto antineoplásico, disminuyendo la tasa de crecimiento de tumores subcutáneos y reduciendo la diseminación metastásica en hígado, pulmones, mesenterio y peritoneo. Además, la acción citotóxica de T22-DITOX-H6 indujo la activación de la piroptosis, tanto in vitro como in vivo, que es una muerte celular inflamatoria que estimuló el reclutamiento de eosinófilos y células T CD8 hacia los tejidos tumorales y metastásicos in vivo. Esta reprogramación inmunológica sensibilizó los tumores MSS a los inhibidores de punto de control inmunitario (ICIs). En este contexto, la administración de T22-DITOX-H6 seguida del ICI anti-PD1 desencadenó un mayor efecto antineoplásico, consiguiendo la eliminación completa de metástasis hepáticas o pulmonares en la mayoría de los ratones tratados. Esta nueva terapia aborda la principal causa de muerte en pacientes con CCR MSS metastásico, que demuestra efectividad antineoplásica sin toxicidad sistémica asociada. En conclusión, T22-DITOX-H6 y su combinación con anti-PD1 representan un enfoque terapéutico prometedor para pacientes con CCR MSS metastásico, al ofrecer una opción efectiva y segura que puede transformar el tratamiento de esta enfermedad.

Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignancy worldwide and the second leading cause of cancer-related death. The lack of effective and low-toxicity targeted therapies is a significant health challenge, particularly in patients with microsatellite-stable (MSS) tumors, which exhibit low immune infiltration and resistance to immunotherapy. Additionally, liver metastases affect 60% of patients with CRC and are the primary cause of mortality. This highlights the urgent need for the development of more effective and specific treatments for patients with metastatic MSS CRC. The Oncogenesis and Antitumour Drugs Group at the Institut de Recerca Sant Pau, together with the Nanobiotechnology Group at the Universitat Autònoma de Barcelona, have developed the self-assembling protein nanotoxin (NT), T22-DITOX-H6. This NT incorporates the T22 ligand to specifically recognize the CXCR4 receptor, a tumor cell marker associated with poor prognosis and metastasis. The NT inhibits the eukaryotic elongation factor 2 (EF-2) and induces cell death. In this thesis, its efficacy was evaluated both in vitro and in vivo models, using a murine cell line modified to overexpress CXCR4. The administration of T22-DITOX-H6 in MSS CRC immunocompetent mouse models demonstrated a potent antineoplastic effect, reducing the growth rate of subcutaneous tumors and decreasing metastatic dissemination to the liver, lungs, mesentery, and peritoneum. Additionally, the cytotoxic action of T22-DITOX-H6 induced pyroptosis, a type of inflammatory cell death, stimulating the recruitment of eosinophils and CD8 T cells to the tumor and metastatic tissues. This immune reprogramming sensitized MSS tumors to immune checkpoint inhibitors (ICIs). In this context, the administration of T22-DITOX-H6 followed by an anti-PD1 ICI triggered an enhanced antineoplastic effect, achieving complete elimination of liver and lung metastases in most treated mice. This novel therapy addresses the main cause of patient death in metastatic CRC MSS and demonstrates antineoplastic effectiveness without associated systemic toxicity. In conclusion, T22-DITOX-H6 and its combination with anti-PD1 represents a promising therapeutic approach for metastatic MSS CRC patients, offering an effective and safe option for the treatment of this disease.