Evaluation de l’activité antitumorale in vivo des nanoparticules de polyanhydride IL-1α
Summary
Un protocole standard est décrit pour étudier l’activité antitumorale et la toxicité associée de l’IL-1α dans un modèle murin syngénique de HNSCC.
Abstract
La thérapie par cytokines est une stratégie immunothérapeutique prometteuse qui peut produire des réponses immunitaires antitumorales robustes chez les patients cancéreux. La cytokine pro-inflammatoire interleukine-1 alpha (IL-1α) a été évaluée comme agent anticancéreux dans plusieurs études précliniques et cliniques. Cependant, les toxicités limitant la dose, y compris les symptômes pseudo-grippaux et l’hypotension, ont refroidi l’enthousiasme pour cette stratégie thérapeutique. L’administration d’IL-1α à base de nanoparticules de polyanhydride (NP) représenterait une approche efficace dans ce contexte, car elle pourrait permettre une libération lente et contrôlée de l’IL-1α par voie systémique tout en réduisant les effets secondaires toxiques. Ici, une analyse de l’activité antitumorale des NPs polyanhydride chargés en IL-1α dans un modèle murin syngénique de carcinome épidermoïde de la tête et du cou (HNSCC) est décrite. Des cellules épithéliales oropharyngées murines exprimant de manière stable HPV16 E6/E7 ainsi que des cellules hRAS et luciférase (mEERL) ont été injectées par voie sous-cutanée dans le flanc droit de souris C57BL/6J. Une fois que les tumeurs ont atteint 3-4 mm dans n’importe quelle direction, une formulation de 1,5% d’IL-1a – chargée 20:80 1,8-bis(p-carboxyphénoxy)-3,6-dioxaoctane:1,6-bis(p-carboxyphénoxy)hexane (CPTEG: CPH) nanoparticule (IL-1α-NP) a été administrée à des souris par voie intrapéritonéale. La taille de la tumeur et le poids corporel ont été mesurés en continu jusqu’à ce que la taille de la tumeur ou la perte de poids atteigne les critères d’euthanasie. Des échantillons de sang ont été prélevés pour évaluer les réponses immunitaires antitumorales par ponction veineuse sous-maxillaire, et les cytokines inflammatoires ont été mesurées par des tests multiplex de cytokines. Les ganglions lymphatiques tumoraux et inguinaux ont été réséqués et homogénéisés en une suspension unicellulaire pour analyser diverses cellules immunitaires par cytométrie en flux multicolore. Ces méthodes standard permettront aux chercheurs d’étudier la réponse immunitaire antitumorale et le mécanisme potentiel des NP immunostimulantes et d’autres agents d’immunothérapie pour le traitement du cancer.
Introduction
L’un des domaines émergents de l’immunothérapie du cancer est l’utilisation de cytokines inflammatoires pour activer le système immunitaire des patients contre leurs cellules tumorales. Plusieurs cytokines pro-inflammatoires (c’est-à-dire l’interféron alpha (IFNα), l’interleukine-2 (IL-2) et l’interleukine-1 (IL-1)) peuvent développer une immunité antitumorale significative, ce qui a suscité un intérêt pour l’exploration des propriétés antitumorales ainsi que de la sécurité des médicaments à base de cytokines. L’interleukine-1 alpha (IL-1α) en particulier, est une cytokine pro-inflammatoire connue sous le nom de cytokine maîtresse de l’inflammation1. Depuis la découverte de cette cytokine à la fin des années 1970, elle a été étudiée comme agent anticancéreux ainsi que comme médicament hématopoïétique pour traiter les effets négatifs de la chimiothérapie2. À la fin des années 1980, plusieurs études précliniques et cliniques ont été menées pour déterminer les effets anticancéreux de l’IL-1α 3,4,5,6. Ces études ont révélé une activité antitumorale prometteuse de l’IL-1α recombinante (rIL-1α) contre le mélanome, le carcinome à cellules rénales et le carcinome ovarien. Cependant, des toxicités, y compris de la fièvre, des nausées, des vomissements, des symptômes pseudo-grippaux et l’hypotension limitant la dose la plus sévère ont été fréquemment observées. Malheureusement, ces toxicités liées à la dose ont refroidi l’enthousiasme pour une utilisation clinique ultérieure de la rIL-1α.
Pour tenter de résoudre le problème critique des toxicités induites par l’IL-1α, des formulations de nanoparticules de polyanhydride (NP) qui permettent la libération contrôlée d’IL-1α par la cinétique d’érosion de surface seront étudiées. Ces formulations de NP sont destinées à récolter les bénéfices des propriétés antitumorales de l’IL-1α tout en réduisant les effets secondaires limitant la dose7. Les polyanhydrides sont des polymères approuvés par la FDA qui se dégradent par érosion de surface, ce qui entraîne une libération presque nulle d’agents encapsulés 8,9,10,11,12. Les copolymères amphiphiles polyanhydrides contenant du 1,8-bis-(p-carboxyphénoxy)-3,6-dioxaoctane (CPTEG) et du 1,6-bis-(p-carboxyphénoxy)hexane (CPH) ont été signalés comme étant d’excellents systèmes d’administration pour diverses charges utiles dans la recherche en oncologie et en immunologie 8,12. Dans le protocole suivant 20:80, des NP CPTEG:CPH chargés de 1,5% en poids de rIL-1α (IL-1α-NPs) seront utilisés pour étudier l’activité antitumorale et la toxicité de cette cytokine dans un modèle murin de HNSCC.
L’objectif global des procédures suivantes est d’évaluer l’activité antitumorale des IL-1α-NPs sur les HNSCC. Les procédures décrites, y compris l’évaluation de la croissance tumorale et de la survie, peuvent être appliquées à tout agent immunomodulateur d’intérêt. Ces procédures doivent être effectuées dans un modèle murin syngénique avec un système immunitaire intact13 afin de maximiser la pertinence clinique. La toxicité de l’IL-1α-NP sera également évaluée en mesurant les changements dans les niveaux circulants de cytokines pro-inflammatoires et le poids des animaux. Il existe de nombreuses méthodes pour déterminer la toxicité in vivo des médicaments; Cependant, les méthodes les plus largement utilisées impliquent la mesure des enzymes sériques pour la toxicité des organes et les changements histologiques dans ces organes. Cependant, pour effectuer des analyses histologiques, l’animal doit être sacrifié, ce qui affectera les courbes de survie de l’expérience. Par conséquent, ce protocole comprendra un protocole pour le prélèvement de sang sur des souris vivantes pour la mesure des cytokines dans les échantillons de sérum. Le sérum recueilli peut être utilisé pour mesurer la toxicité de tout analyte sérique souhaité. La cytométrie de flux multicolore sera utilisée pour comprendre les changements dans la population de cellules immunitaires dans le microenvironnement tumoral et la migration des cellules immunitaires vers le ganglion lymphatique. D’autres méthodes peuvent être utilisées pour identifier les cellules immunitaires, y compris l’immunohistochimie et / ou l’immunofluorescence des sections préservées14. Cependant, ces techniques peuvent être longues et fastidieuses à réaliser sur un grand nombre d’animaux. Dans l’ensemble, les méthodes suivantes permettront aux chercheurs d’étudier la réponse immunitaire antitumorale et les mécanismes potentiels des agents immunostimulants pour le traitement du cancer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole permettra à tout chercheur d’étudier l’activité antitumorale et certains des mécanismes sous-jacents des médicaments immunomodulateurs dans un système modèle murin tumoral in vivo . Ici, un modèle de tumeur sous-cutanée syngénique a été utilisé, qui présente plusieurs avantages par rapport aux modèles orthotopiques, notamment son protocole techniquement simple, une surveillance facile de la croissance tumorale, une morbidité animale moindre et une productivité plus élevée. Les…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu en partie par le Merit Review Award #I01BX004829 des États-Unis (É.-U.) Département des anciens combattants, Service de recherche et de développement en laboratoire biomédical et soutenu par le programme de prix Mezhir par l’intermédiaire du Holden Comprehensive Cancer Center de l’Université de l’Iowa.
Materials
| Bio-Plex 200 Systems | Bio-Rad | The system was provided from the Flow Cytometry Facility University of IOWA Health Care | |
| Bio-Plex Pro Mouse Cytokine 23-plex Assay | Bio-Rad | M60009RDPD | |
| C57BL/6J Mice | Jakson Labs | 664 | 4 to 6 weeks old |
| DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) | Thermo Fisher Scientific | 11965092 | |
| DMEM/Hams F12 (Dulbecco's Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12) | Thermo Fisher Scientific | 11320033 | |
| EGF | Millipore Sigma | SRP3196-500UG | |
| Fetal Bovine Serum | Millipore Sigma | 12103C-500ML | |
| Gentamycin sulfate solution | IBI Scientific | IB02030 | |
| gentleMACS Dissociator | Miltenyi biotec | ||
| Hand-Held Magnetic Plate Washer | Thermo Fisher Scientific | EPX-55555-000 | |
| Hydrocortisone | Millipore Sigma | H6909-10ML | |
| Insulin | Millipore Sigma | I0516-5ML | |
| Ketamine/xylazine | Injectable anesthesia | ||
| MEERL cell line | Murine oropharyngeal epithelial cells stably expressing HPV16 E6/E7 together with hRAS and luciferase (mEERL) cells | ||
| Portable Balances | Ohaus | ||
| Scienceware Digi-Max slide caliper | Millipore Sigma | Z503576-1EA | |
| Sterile alcohol prep pad (70% isopropyl alcohol) | Cardinal | COV5110.PMP | |
| Transferrin Human | Millipore Sigma | T8158-100MG | |
| Tri-iodothyronin | Millipore Sigma | T5516-1MG |
Riferimenti
- Dinarello, C. A., Simon, A., vander Meer, J. W. Treating inflammation by blocking interleukin-1 in a broad spectrum of diseases. Nature Reviews Drug Discovery. 11 (8), 633-652 (2012).
- de Mooij, C. E. M., Netea, M. G., vander Velden, W., Blijlevens, N. M. A. Targeting the interleukin-1 pathway in patients with hematological disorders. Blood. 129 (24), 3155-3164 (2017).
- Veltri, S., Smith, J. W. Interleukin 1 trials in cancer patients: a review of the toxicity, antitumor and hematopoietic effects. Stem Cells. 14 (2), 164-176 (1996).
- Grandis, J. R., Chang, M. J., Yu, W. D., Johnson, C. S. Antitumor activity of interleukin-1 alpha and cisplatin in a murine model system. Archives of Otolaryngology- Head & Neck Surgery. 121 (2), 197-200 (1995).
- Curti, B. D., Smith, J. W. Interleukin-1 in the treatment of cancer. Pharmacology & Therapeutics. 65 (3), 291-302 (1995).
- Smith, J. W., et al. The effects of treatment with interleukin-1 alpha on platelet recovery after high-dose carboplatin. New England Journal of Medicine. 328 (11), 756-761 (1993).
- Senapati, S., Mahanta, A. K., Kumar, S., Maiti, P. Controlled drug delivery vehicles for cancer treatment and their performance. Signal Transduction and Targeted Therapy. 3, 7 (2018).
- Carbone, A. L., Uhrich, K. E. Design and synthesis of fast-degrading Poly(anhydride-esters). Macromolecular Rapid Communications. 30 (12), 1021 (2009).
- Gopferich, A., Tessmar, J. Polyanhydride degradation and erosion. Advanced Drug Delivery Reviews. 54 (7), 911-931 (2002).
- Jain, J. P., Chitkara, D., Kumar, N. Polyanhydrides as localized drug delivery carrier: an update. Expert Opinion on Drug Delivery. 5 (8), 889-907 (2008).
- Jain, J. P., Modi, S., Domb, A. J., Kumar, N. Role of polyanhydrides as localized drug carriers. Journal of Controlled Release : Official Journal of the Controlled Release Society. 103 (3), 541-563 (2005).
- Kumar, N., Langer, R. S., Domb, A. J. Polyanhydrides: an overview. Advanced Drug Delivery Reviews. 54 (7), 889-910 (2002).
- Goldman, J. P., et al. Enhanced human cell engraftment in mice deficient in RAG2 and the common cytokine receptor gamma chain. British Journal of Haematology. 103 (2), 335-342 (1998).
- Seth, A., Park, H. S., Hong, K. S. Current perspective on in vivo molecular imaging of immune cells. Molecules. 22 (6), (2017).
- Espinosa-Cotton, M., et al. Interleukin-1 alpha increases antitumor efficacy of cetuximab in head and neck squamous cell carcinoma. Journal for Immunotherapy of Cancer. 7 (1), 79 (2019).
- Veltri, S., Smith, J. W. Interleukin 1 trials in cancer patients: A review of the toxicity, antitumor and hematopoietic effects. The Oncologist. 1 (4), 190-200 (1996).
