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Después de casi 40 años de investigación sobre cómo la bacteria Listeria manipula nuestras células y combate nuestro sistema inmunológico para causar listeriosis, Daniel Portnoy y sus colegas han descubierto una forma de convertir a la bacteria en un potente estimulante del sistema inmunológico, y una posible arma contra el cáncer.

Hace tres años, Portnoy cofundó una empresa emergente, Laguna Biotherapeutics, que trabajó con científicos de su laboratorio en la Universidad de California, Berkeley, para eliminar la capacidad de la bacteria de causar enfermedades, al tiempo que conservaba su capacidad para aumentar la producción de un tipo de célula del sistema inmunológico asociada con una mayor supervivencia en pacientes con cáncer. Estas células, llamadas células T gamma delta, son células de propósito general que eliminan las células cancerosas o cualquier célula infectada por un patógeno, como bacterias, virus u hongos.

Laguna Bio pronto solicitará la autorización de la FDA para evaluar la terapia en niños con leucemia que han recibido trasplantes de médula ósea no compatibles. Los médicos del Centro Médico de la Universidad de Stanford esperan que la Listeria modificada genéticamente impulse las células T gamma delta en pacientes pediátricos y les ayude a evitar la enfermedad de injerto contra huésped, combatir infecciones potencialmente mortales que se aprovechan del sistema inmunológico comprometido del paciente trasplantado y prevenir la recurrencia del cáncer.

Portnoy y sus colegas prevén una aplicación más amplia de esta terapia con Listeria, que es única entre las terapias contra el cáncer al estimular el sistema inmunológico innato del organismo para eliminar esencialmente cualquier célula que emita una señal de socorro que indique que ha sido comprometida. Las inmunoterapias actuales para el cáncer suelen activar el sistema inmunológico «adaptativo», potenciando las células que reconocen y matan las células cancerosas.

«El problema es que los tumores son un entorno supresor, por lo que el sistema inmunológico ni siquiera está funcionando», explicó Portnoy, profesor de biología molecular y celular y de biología vegetal y microbiana en la UC Berkeley. «Hay muchos intentos de intentar reactivar el sistema inmunológico, como el uso de inhibidores de puntos de control, que se desarrollaron originalmente en la UC Berkeley. La idea es algo similar con la Listeria: la Listeria en sí misma se considera extraña e induce una respuesta inmunitaria innata, lo que permite al organismo superar la supresión».

A finales del año pasado, Portnoy y sus colaboradores de Berkeley y Laguna Bio publicaron los detalles del uso exitoso de la terapia con Listeria atenuada en ratones en la revista mBio, una publicación de la Sociedad Americana de Microbiología. En otro estudio publicado el año pasado en el servidor de preimpresión BioRxiv, informaron que la Listeria también puede ser modificada genéticamente para potenciar otro tipo de célula inmunitaria innata, la célula T invariante asociada a la mucosa, o MAIT, que ayuda a defenderse de las infecciones y posiblemente del cáncer.

«Lo que estamos haciendo se basa en décadas de literatura, siendo el trabajo del Dr. Portnoy el más importante, que demuestra que la Listeria genera una respuesta inmunitaria realmente única», dijo Jonathan Kotula, CEO de Laguna Bio. «Creemos que si quieres generar una respuesta inmunitaria integral, necesitas orquestar cuidadosamente todo el sistema inmunológico. Y la Listeria atenuada parece estar haciéndolo».

Escape del fagosoma

Listeria monocytogenes es un patógeno transmitido por los alimentos que causa enfermedades gastrointestinales y fiebre en algunas personas, pero que ocasionalmente se extiende desde los intestinos hasta provocar sepsis o meningitis mortales. Los investigadores han documentado cómo, tras la infección, las bacterias son engullidas por células fagocíticas, donde son capturadas por un orgánulo llamado fagosoma que digiere a los invasores. Pero Portnoy demostró hace casi 40 años que, antes de que eso pueda ocurrir, las bacterias escapan del fagosoma y se establecen en el interior de la célula, ocultándose del sistema inmunológico del huésped hasta que se reproducen y se propagan para infectar nuevas células.

Aunque la Listeria puede ocultarse del sistema inmunológico, sí desencadena el sistema inmunológico adaptativo para producir las llamadas células T citotóxicas, o células T CD8, que pueden matar a las células infectadas por Listeria. En la década de 2000, Portnoy se asoció con una empresa llamada Aduro Biotech para desarrollar un tratamiento contra el cáncer utilizando Listeria modificada genéticamente para expresar antígenos contra el cáncer diseñados para inducir al sistema inmunológico adaptativo a atacar también un tumor específico.

Primero tuvo que construir una versión de Listeria que no enfermara a las personas, lo que hizo eliminando dos genes necesarios para que las bacterias salieran de una célula y se propagaran. Normalmente, las bacterias hacen esto secuestrando la actina del huésped, una proteína del citoesqueleto de la célula, y utilizándola para construir protrusiones en forma de dedo, que son internalizadas por las células vecinas.

«Descubrimos que una cepa que era incapaz de nucleación de actina aún entraría en el citosol de las células, aún crecería e induciría una potente respuesta inmunitaria, pero como no se propaga, es mil veces menos virulenta», dijo Portnoy.

Aduro combinó esta cepa, denominada LADD (Listeria atenuada doblemente eliminada), con un antígeno contra el cáncer y la utilizó para tratar a casi 1.000 pacientes con cáncer de páncreas y mesotelioma. Pero la terapia, esencialmente una vacuna contra el cáncer, no funcionó tan bien en humanos como en ratones, en parte porque los humanos no lograron montar una robusta respuesta de células T citotóxicas como los ratones. Aduro finalmente detuvo los ensayos y se fusionó con otra empresa en 2020.

Una observación de sus colegas en Aduro hizo que Portnoy pensara en utilizar la Listeria como un potenciador general del sistema inmunológico. Observaron que en las personas, la Listeria no solo inducía células T citotóxicas, sino también otras células T del sistema inmunológico innato, que pueden atacar a otros patógenos, no solo a la Listeria. Tras los decepcionantes resultados con la terapia LADD, decidió seguir este nuevo enfoque.

La terapia de Laguna Bio es una mejora con respecto a LADD, ya que se han eliminado dos genes adicionales para que sea aún más segura en humanos. Denominada QUAIL (Listeria intracelular cuádruplemente atenuada), la cepa carece de dos enzimas, descubiertas por Portnoy y su ex alumna de posgrado Rafael Rivera Lugo, necesarias para sintetizar cofactores nutricionales esenciales derivados de la riboflavina, o vitamina B2. Estos cofactores, conocidos como FMN y FAD, están disponibles en el interior de las células, lo que hace que las propias enzimas de las bacterias sean innecesarias. Pero los cofactores no están disponibles fuera de la célula, por lo que la Listeria cuádruplemente atenuada no puede crecer extracelularmente. En esencia, Portnoy convirtió a la Listeria de un patógeno que puede crecer tanto dentro como fuera de las células a uno que está restringido al entorno intracelular.

«Dijimos: ‘Oh, Dios mío, esta cepa cumple los criterios que estábamos buscando’, una mutante de Listeria que puede crecer dentro de las células, pero no fuera de ellas», dijo Portnoy. «Tenemos una cepa que no puede crecer en la sangre, no puede crecer en el intestino, no crece en la vesícula biliar, todos estos son sitios de crecimiento extracelulares, pero crece dentro de las células. Así que esa es la nueva cepa más segura, QUAIL. Estamos muy entusiasmados con eso».

El estudio publicado recientemente establece la seguridad de la terapia en ratones y confirma que QUAIL conserva una potencia equivalente a LADD. Debido a su incapacidad para crecer fuera de las células, QUAIL, a diferencia de LADD, no puede crecer en los puertos e implantes que se utilizan a menudo para tratar a pacientes con cáncer.

Una de las cosas que los ensayos humanos de Aduro mostraron es que LADD, si bien no producía mucho impulso en las células T citotóxicas del sistema inmunológico adaptativo, sí inducía células T gamma delta del sistema inmunológico innato. Desde esos ensayos de Aduro, se ha demostrado que las células T gamma delta atacan y matan a las células cancerosas por sí mismas, así como producen citocinas que aceleran una serie de células inmunitarias de propósito general, como los macrófagos y las células asesinas naturales (NK), para combatir la infección y el cáncer. QUAIL podría potenciar potencialmente esas células T gamma delta en los pacientes.

«Teniendo en cuenta todo el conjunto de datos que existía antes de Aduro, nos permitió seguir adelante con este plan que creo que es realmente único en el sentido de que está informado por datos humanos sólidos», dijo Kotula.

En los ensayos iniciales en pacientes pediátricos con leucemia, Laguna Bio planea utilizar QUAIL directamente para provocar una respuesta de las células T gamma delta. La idea es que las células T combatan la infección, el rechazo y la recurrencia matando directamente a las células leucémicas en un paciente donde las células T del sistema inmunológico adaptativo han sido suprimidas para prevenir el rechazo del trasplante.

Si QUAIL resulta segura y eficaz en los ensayos de Stanford, Kotula prevé tratamientos para otras enfermedades, como el mieloma múltiple, los linfomas, el neuroblastoma, los sarcomas y varios tumores sólidos, que han demostrado responder a un aumento de las células T gamma delta. La terapia también podría funcionar de forma profiláctica como vacuna contra enfermedades como la malaria, la tuberculosis y las infecciones virales latentes causadas por patógenos intracelulares.

«Revitalicemos el sistema inmunológico, centrándonos inicialmente en los cánceres donde solo esa revitalización, las células T gamma delta, ha demostrado ser prometedora en términos de eficacia contra la enfermedad», dijo Kotula. «Luego, una vez que tengas esa revitalización, siempre es útil dirigirla a algún lugar».

«Creo que esto puede ser parte de una amplia gama de terapias y una pieza de un régimen de tratamiento que encaje bien con la forma en que se administran hoy en día muchas inmunoterapias. Realmente funciona bien y complementa muchos de los fármacos de inmunoterapia ya aprobados».

El trabajo fue apoyado por Laguna Bio y los Institutos Nacionales de la Salud. Los co-primeros autores del artículo de mBio son las estudiantes de posgrado Victoria Chevée y Rafael Rivera-Lugo y la investigadora postdoctoral Mariya Lobanovska. Otros coautores son Leslie Güereca, Ying Feng, Jesse Garcia Castillo y Andrea Anaya-Sanchez de la UC Berkeley, Austin Huckins y Jonathan Hardy de la Universidad Estatal de Michigan, y Edward Lemmens, Chris Rae, Russell Carrington y Kotula de Laguna Biotherapeutics.