Exploiting H-ferritin nanoconjugates to improve cancer immunotherapy and drugs delivery

Il cancro è una delle principali cause di morte nel mondo e glioblastoma e tumore al seno triplo negativo sono due tipologie di tumore caratterizzate da una prognosi sfavorevole e da un alto rischio di recidive. I trattamenti farmacologici oggi a disposizione non sono sufficienti all’ottenimento di una guarigione completa sia a causa della bassa selettività che impedisce l’utilizzo di dosaggi più elevati, sia a causa dello sviluppo di meccanismi di resistenza da parte delle cellule tumorali. In questo contesto le nanoparticelle possono essere sviluppate sia come nuovi trattamenti terapeutici sia per superare alcune limitazioni delle terapie convenzionali. In questo progetto di tesi, ho scelto di utilizzare nanoparticelle di H-ferritina (HFn), una forma ricombinante di ferritina che possiede alcune caratteristiche che la rendono un buon candidato per migliorare i trattamenti terapeutici già disponibili per questi due tumori. L’HFn è infatti biocompatibile, la sua cavità interna può essere utilizzata per il caricamento di farmaci e molecole di detection e la sua superficie può essere facilmente modificata sfruttando i numerosi gruppi funzionali esposti verso l’esterno. La HFn è, inoltre, in grado di legarsi al recettore della transferrina (TfR1), over-espresso dal 98% dei tumori solidi. Tale recettore è over espresso anche dalle cellule endoteliali che compongono la barriera ematoencefalica, rendendo così la HFn in grado di attraversarla. Il mio lavoro di tesi può essere suddiviso in due progetti. Nel primo progetto i gruppi funzionali esposti sulla superficie della HFn sono stati utilizzati per la coniugazione dell’anticorpo monoclonale cetuximab al fine di studiare il mantenimento della sua attività antitumorale in modelli tumorali 3D e di paragonarla a quella del cetuximab non coniugato. Come modelli tumorali 3D sono stati utilizzati sferoidi ottenuti da una linea cellulare di glioblastoma e da una di tumore al seno triplo negativo. Sulla base dei prom
Cancer is a leading cause of disease worldwide and glioblastoma and triple negative breast cancer represent two types of tumors with poor prognosis and a high risk of recurrence. The therapeutic options currently in use are still subject to failure, due to (1) the poor selectivity of drugs, which compromises dose escalation to more therapeutically active levels and (2) the development of resistance by different mechanisms that cells put in place to defend themselves from the action of drugs. In this scenario, nanoparticles can be developed as new therapeutic strategies or to overcome the limitations of the treatments currently in use. In my PhD project, I exploited the unique features of a nanoparticle-based on recombinant heavy-chain ferritin cages (HFn) to improve the therapeutic treatments already available for these tumors. HFn can be a promising candidate for this study because 1) it is biocompatible; 2) it can be loaded with drugs; 3) it can be easily modified by exploiting the functional groups on its surface; 4) it exhibits tumor targeting by recognition of TfR1, overexpressed in 98% of human cancers and directly correlated with tumor stage or cancer progression; 5) HFn is able to cross the blood-brain barrier (BBB) exploiting the same TfR1 receptor, also found overexpressed on the BBB endothelial wall. My work is divided into two main subprojects, all sharing the use of HFn. In the first subproject (chapter one), the functional groups present on the surface of HFn were exploited for the conjugation of the monoclonal antibody cetuximab, studying the maintenance of its anticancer activity against a 3D tumor model in comparison with unconjugated cetuximab. Cancer spheroids of glioblastoma and triple negative breast cancer were selected and produced for this study. Then we focused on the documented ability of cetuximab to promote an indirect anticancer effect (ADCC) through the activation of immune systems cells. ADCC activation was evaluated both in live imagi