Modulação direcionada de células e tecidos imunológicos usando biomateriais projetados

Nature Reviews Bioengineering volume 1, páginas 107–124 (2023)Cite este artigo

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As terapias que modulam o sistema imunológico oferecem a perspectiva de tratar uma ampla gama de condições, incluindo doenças infecciosas, câncer e autoimunidade. Os biomateriais podem promover o direcionamento específico de subconjuntos de células imunes em tecidos periféricos ou linfóides e modular a dosagem, o momento e a localização da estimulação, melhorando assim a segurança e eficácia de vacinas e imunoterapias. Aqui, revisamos os avanços recentes em estratégias baseadas em biomateriais, com foco no direcionamento de tecidos linfóides, leucócitos circulantes, células imunes residentes em tecidos e células imunes em locais de doenças. Estas abordagens podem melhorar a potência e eficácia das imunoterapias, promovendo imunidade ou tolerância contra diferentes doenças.

Na imunoterapia, a escolha correta da célula-alvo, do tecido e da duração do tratamento é essencial para garantir uma imunomodulação eficaz e, ao mesmo tempo, evitar a toxicidade.

O direcionamento de células imunológicas em gânglios linfáticos mediado por biomateriais melhora a potência e a eficácia das vacinas, promovendo imunidade ou tolerância.

As células imunes migratórias circulantes podem ser direcionadas para atuar como acompanhantes vivos para transportar produtos terapêuticos para os tecidos.

A administração sistêmica ou injeção intratumoral de nanomateriais e depósitos terapêuticos pode acumular seletivamente e atingir células imunológicas em tumores.

Reduzir a complexidade do biomaterial é essencial para facilitar a tradução clínica.

Modular o sistema imunológico é uma estratégia de tratamento fundamental da medicina moderna. Dos dez principais medicamentos (em vendas em 2021), sete atuaram no sistema imunitário, incluindo, nomeadamente, as vacinas baseadas em ARN mensageiro (mRNA) para a COVID-19 (ref. 1). Além do seu papel estabelecido no desenvolvimento de vacinas, a imunomodulação tem potencial terapêutico para diversas condições, incluindo autoimunidade e cancro, bem como doenças inflamatórias, fibróticas e infecciosas. No entanto, a imunomodulação é uma faca de dois gumes, como é mais claramente demonstrado no campo da imunoterapia contra o cancro, onde, apesar de induzir uma imunidade antitumoral substancial, a administração sistémica de muitos medicamentos de imunoterapia resultou em eventos adversos relacionados com o sistema imunitário distais aos locais do tumor2. Portanto, a administração de dosagens precisas de medicamentos imunomoduladores com controle espaço-temporal a células e tecidos específicos, evitando a estimulação indesejada fora do alvo, é essencial para garantir uma resposta imunológica segura e eficaz.

O direcionamento de células imunes pode ser alcançado usando estratégias tradicionais de engenharia de proteínas, empregando anticorpos monoclonais, proteínas de ligação projetadas ou ligantes nativos recombinantes para receptores de superfície de células imunes. Essas abordagens estão em vários estágios de desenvolvimento clínico, sendo os anticorpos mono e multiespecíficos os mais avançados3,4,5,6,7. No entanto, a única proteína da superfície celular que realmente define um linfócito como relevante para uma doença específica é o seu receptor de antígeno, tornando desafiador o direcionamento de células imunes específicas da doença. Além disso, a simples ligação de um domínio de anticorpo a um medicamento imunomodulador nem sempre é suficiente para alcançar um direcionamento eficaz, porque a carga terapêutica pode dominar a biodistribuição de tais fusões8. Os biomateriais projetados podem introduzir funcionalidade adicional além da simples ligação às células alvo, concentrando agentes de imunoterapia em locais específicos do tecido, controlando sua cinética de liberação e/ou controlando sua localização intracelular.

O sistema imunológico consiste em centros de controle regionais bem definidos (órgãos linfóides), importantes populações de células residentes nos tecidos (especialmente em tecidos de barreira, como superfícies mucosas) e populações de células móveis que recirculam constantemente através do sangue e dos tecidos, proporcionando desafios e oportunidades como um alvo terapêutico (Fig. 1a). Aqui, revisamos os recentes avanços nas estratégias terapêuticas habilitadas por biomateriais para a modulação direcionada in vivo do sistema imunológico. Concentramo-nos em abordagens que visam células imunitárias e órgãos linfóides, excluindo o direcionamento direto de agentes patogénicos, como vírus ou bactérias, seguidas de uma discussão sobre as perspetivas e os desafios para o desenvolvimento nesta área.