Modulation ciblée des cellules et tissus immunitaires à l’aide de biomatériaux modifiés

Nature Reviews Bioengineering volume 1, pages 107-124 (2023)Citer cet article

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Les thérapies modulant le système immunitaire offrent la possibilité de traiter un large éventail de pathologies, notamment les maladies infectieuses, le cancer et l'auto-immunité. Les biomatériaux peuvent favoriser le ciblage spécifique de sous-ensembles de cellules immunitaires dans les tissus périphériques ou lymphoïdes et moduler la posologie, le moment et le lieu de stimulation, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité des vaccins et des immunothérapies. Nous passons ici en revue les avancées récentes dans les stratégies basées sur les biomatériaux, en nous concentrant sur le ciblage des tissus lymphoïdes, des leucocytes en circulation, des cellules immunitaires résidant dans les tissus et des cellules immunitaires au niveau des sites pathologiques. Ces approches peuvent améliorer la puissance et l’efficacité des immunothérapies en favorisant l’immunité ou la tolérance contre différentes maladies.

En immunothérapie, le choix de la bonne cellule cible, du bon tissu et de la durée du traitement est essentiel pour garantir une immunomodulation efficace tout en évitant la toxicité.

Le ciblage des cellules immunitaires dans les ganglions lymphatiques par l’intermédiaire de biomatériaux améliore la puissance et l’efficacité des vaccins en favorisant l’immunité ou la tolérance.

Les cellules immunitaires migratrices en circulation peuvent être ciblées pour jouer le rôle de chaperons vivants et transporter les produits thérapeutiques dans les tissus.

L’administration systémique ou l’injection intratumorale de nanomatériaux et de dépôts thérapeutiques peuvent accumuler et cibler sélectivement les cellules immunitaires des tumeurs.

Réduire la complexité des biomatériaux est essentiel pour faciliter la traduction clinique.

La modulation du système immunitaire est une stratégie thérapeutique essentielle de la médecine moderne. Parmi les dix principaux médicaments (selon les ventes en 2021), sept ont agi sur le système immunitaire, dont notamment les vaccins à base d’ARN messager (ARNm) contre le COVID-19 (réf. 1). Au-delà de son rôle établi dans le développement de vaccins, l’immunomodulation présente un potentiel thérapeutique pour diverses pathologies, notamment l’auto-immunité et le cancer, ainsi que les maladies inflammatoires, fibrotiques et infectieuses. Cependant, l’immunomodulation est une arme à double tranchant, comme cela est clairement démontré dans le domaine de l’immunothérapie du cancer, où, malgré l’induction d’une immunité antitumorale substantielle, l’administration systémique de nombreux médicaments d’immunothérapie a entraîné des événements indésirables d’origine immunitaire en aval des sites tumoraux2. Par conséquent, il est essentiel d’administrer des doses précises de médicaments immunomodulateurs avec un contrôle spatio-temporel à des cellules et des tissus spécifiques, tout en évitant toute stimulation indésirable hors cible, pour garantir une réponse immunitaire sûre et efficace.

Le ciblage des cellules immunitaires peut être réalisé à l’aide de stratégies traditionnelles d’ingénierie des protéines, en employant des anticorps monoclonaux, des protéines de liaison modifiées ou des ligands natifs recombinants pour les récepteurs de surface des cellules immunitaires. Ces approches en sont à différents stades de développement clinique, les anticorps mono- et multi-spécifiques étant les plus avancés3,4,5,6,7. Cependant, la seule protéine de surface cellulaire qui définit véritablement un lymphocyte comme étant pertinent pour une maladie particulière est son récepteur antigénique, ce qui rend difficile le ciblage des cellules immunitaires spécifiques à la maladie. De plus, le simple fait de lier un domaine d’anticorps à un médicament immunomodulateur ne suffit pas toujours pour obtenir un ciblage efficace, car la charge thérapeutique peut dominer la biodistribution de telles fusions8. Les biomatériaux modifiés peuvent introduire des fonctionnalités supplémentaires au-delà de la simple liaison aux cellules cibles en concentrant les agents d'immunothérapie dans des sites tissulaires spécifiques, en contrôlant leur cinétique de libération et/ou en contrôlant leur localisation intracellulaire.

Le système immunitaire se compose de centres de contrôle régionaux bien définis (organes lymphoïdes), d'importantes populations de cellules résidant dans les tissus (en particulier au niveau des tissus barrières tels que les surfaces muqueuses) et de populations de cellules mobiles qui recirculent constamment dans le sang et les tissus, offrant ainsi des défis et des opportunités en tant que système immunitaire. cible thérapeutique (Fig. 1a). Nous passons ici en revue les avancées récentes des stratégies thérapeutiques basées sur les biomatériaux pour une modulation ciblée in vivo du système immunitaire. Nous nous concentrons sur les approches ciblant les cellules immunitaires et les organes lymphoïdes, excluant le ciblage direct d'agents pathogènes tels que les virus ou les bactéries, suivi d'une discussion sur les perspectives et les défis des développements dans ce domaine.