L’índex de PD-L1 en cèl·lules supressores d’origen mieloide com a biomarcador de la resposta a la immunoteràpia anti-PD-1/ PD-L1 en pacients oncològics

Abstract

Els inhibidors dels punts de control immunitaris (ICI, de l’anglès, Immune-Checkpoint Inhibitors) constitueixen una modalitat terapèutica immuno-oncològica que exerceix la seva acció mitjançant la potenciació i l'augment de la funcionalitat del sistema immunitari de l'hoste, amb l'objectiu d'induir l’eradicació de les cèl·lules neoplàsiques. El bloqueig farmacològic dels dos eixos principals, PD-1/PD-L1 i CTLA-4/CD80, possibilita la restauració de la funció immunitària dels limfòcits T efectors, la qual es troba suprimida per mecanismes d'immunoevasió orquestrats per les cèl·lules tumorals. En les últimes dues dècades, la teràpia d’ICI anti-PD-1/PD-L1 s’ha establert com l’estàndard clínic, substituint, per exemple, la quimioteràpia en pacients de càncer no microcític de pulmó (CNMP) de més del 50% de PD-L1 tumoral. Tot i que els ICI han millorat considerablement l’esperança de vida dels pacients oncològics, la taxa de resposta general només és del 28% en pacients diagnosticats de CNMP en els últims anys i, notablement, l’eficiència i la tolerància varien entre pacients. Un dels reptes actuals és descriure biomarcadors capaços de discriminar els pacients segons la resposta al tractament. El PD-L1 tumoral és un biomarcador clau per a la determinació de l’estratègia terapèutica, malgrat que el seu valor predictiu no és gaire elevat i s'han descrit resultats contradictoris. En càncer, les cèl·lules supressores d’origen mieloide (MDSCs) s’expandeixen i migren a través del sistema circulatori cap al tumor, on incrementen la immunosupressió del TME, entre d’altres, a través de la senyalització de PD-L1. En aquesta Tesi, es descriu un protocol de mínima pertorbació de la mostra per detectar el PD-L1 de les MDSCs en sang perifèrica. En base al canvi conformacional del PD-L1 en MDSCs quan s’estimula ex vivo, s’ha descrit l’índex de PD-L1, on un major índex es relaciona amb un major desplegament del PD-L1. Un índex de PD-L1 elevat prediu una menor supervivència lliure de progressió i supervivència general en pacients de CNMP que rebin ICI en primera línia. A més, els resultats preliminars mostren que un increment de l’índex en el seguiment a la resposta respecte del basal està relacionat amb una progressió de la malaltia. Aquest nou biomarcador en sang és una alternativa menys invasiva que representa un teixit més homogeni i que proporciona una predicció més acurada de la resposta al ICI anti-PD-1. Addicionalment, s’ha investigat l’índex de PD-L1 en altres neoplàsies sòlides i s’han realitzat estudis complementaris d’estimulació i competició de l’anticòs a l’ICI. Finalment, per dotar de noves eines pronòstiques en oncologia, s’han definit els següents assaigs funcionals i de detecció de marcadors en sang perifèrica: l’anàlisi de cèl·lules tumorals derivades de cultius primaris, la citotoxicitat de les cèl·lules NK i la quantificació dels nivells de nanoplàstics. Així doncs, per mitjà de la citometria de flux, en aquesta Tesi es descriuen nous protocols d’anàlisi de molècules de la sang que poden influenciar el sistema immunitari, com els nanoplàstics o el PD-L1, recalcant la necessitat d’aportar noves eines per personalitzar el tractament oncològic i millorar l'eficàcia de la immunoteràpia dels ICI.

Los inhibidores de los puntos de control inmunitarios (ICI, del inglés Immune-Checkpoint Inhibitors) constituyen una modalidad terapéutica inmuno-oncológica que ejerce su acción mediante la potenciación y el aumento de la funcionalidad del sistema inmunitario del huésped, con el objetivo de inducir la erradicación de las células neoplásicas. El bloqueo farmacológico de los dos ejes principales, PD-1/PD-L1 y CTLA-4/CD80, permite la restauración de la función inmunitaria de los linfocitos T efectores, la cual se encuentra suprimida por mecanismos de inmunoevasión orquestados por las células tumorales. En las últimas dos décadas, la terapia con ICI anti-PD-1/PD-L1 se ha establecido como el estándar clínico, sustituyendo, por ejemplo, a la quimioterapia en pacientes con cáncer no microcítico de pulmón (CNMP) con más del 50% de expresión tumoral de PD-L1. Aunque los ICI han mejorado considerablemente la esperanza de vida de los pacientes oncológicos, la tasa de respuesta general es solo del 28% en pacientes diagnosticados con CNMP en los últimos años y, notablemente, la eficiencia y la tolerancia varían entre pacientes. Uno de los retos actuales es describir biomarcadores capaces de discriminar a los pacientes según la respuesta al tratamiento. El PD-L1 tumoral es un biomarcador clave para la determinación de la estrategia terapéutica, aunque su valor predictivo no es muy elevado y se han descrito resultados contradictorios. En cáncer, las células supresoras de origen mieloide (MDSCs) se expanden y migran a través del sistema circulatorio hacia el tumor, donde incrementan la inmunosupresión del microambiente tumoral (TME), entre otros mecanismos, a través de la señalización de PD-L1. En esta Tesis, se describe un protocolo de mínima perturbación de la muestra para detectar el PD-L1 de las MDSCs en sangre periférica. Basándose en el cambio conformacional del PD-L1 en MDSCs cuando se estimulan ex vivo, se ha descrito el índice de PD-L1, donde un índice más alto se relaciona con un mayor despliegue de PD-L1. Un índice de PD-L1 elevado predice una menor supervivencia libre de progresión y supervivencia general en pacientes con CNMP que reciben ICI en primera línea. Además, los resultados preliminares muestran que un incremento del índice en el seguimiento de la respuesta respecto al valor basal se relaciona con una progresión de la enfermedad. Este nuevo biomarcador en sangre es una alternativa menos invasiva que representa un tejido más homogéneo y que proporciona una predicción más precisa de la respuesta al ICI anti-PD-1. Adicionalmente, se ha investigado el índice de PD-L1 en otras neoplasias sólidas y se han realizado estudios complementarios de estimulación y competición del anticuerpo frente al ICI. Finalmente, para dotar de nuevas herramientas pronósticas en oncología, se han definido los siguientes ensayos funcionales y de detección de marcadores en sangre periférica: el análisis de células tumorales derivadas de cultivos primarios, la citotoxicidad de las células NK y la cuantificación de los niveles de nanoplásticos. Así pues, mediante la citometría de flujo, en esta Tesis se describen nuevos protocolos de análisis de moléculas en sangre que pueden influenciar el sistema inmunitario, como los nanoplásticos o el PD-L1, recalcando la necesidad de aportar nuevas herramientas para personalizar el tratamiento oncológico y mejorar la eficacia de la inmunoterapia con ICI.

Immune checkpoint inhibitors (ICI) represent a form of immuno-oncological therapy that acts by enhancing and increasing the functionality of the host's immune system, with the goal of inducing the eradication of neoplastic cells. Pharmacological blockade of the two main axes, PD-1/PD-L1 and CTLA-4/CD80, enables the restoration of immune function in effector T lymphocytes, which is suppressed by immune evasion mechanisms orchestrated by tumor cells. Over the past two decades, anti-PD-1/PD-L1 ICI therapy has become the clinical standard, replacing, for example, chemotherapy in patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) with more than 50% tumor PD-L1 expression. Although ICI have significantly improved the life expectancy of cancer patients, the overall response rate is only 28% in NSCLC patients in recent years, and notably, efficacy and tolerance vary among individuals. One of the current challenges is to identify biomarkers capable of distinguishing patients based on their response to treatment. Tumor PD-L1 is a key biomarker for determining the therapeutic strategy, although its predictive value is not very high and contradictory results have been reported. In cancer, myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) expand and migrate through the circulatory system to the tumor, where they increase immunosuppression of the tumor microenvironment (TME), among other mechanisms, through PD-L1 signaling. In this thesis, a protocol of minimal sample perturbation is described to detect PD-L1 expression on MDSCs in peripheral blood. Based on the conformational change of PD-L1 in MDSCs upon ex vivo stimulation, the PD-L1 index has been defined, where a higher index correlates with greater PD-L1 unfolding. A high PD-L1 index predicts lower progression-free survival and overall survival in NSCLC patients receiving first-line ICI. Moreover, preliminary results show that an increase in the index during response monitoring compared to baseline is associated with disease progression. This new blood-based biomarker is a less invasive alternative that represents a more homogeneous tissue sample and provides a more accurate prediction of the response to anti-PD-1 ICI therapy. Additionally, the PD-L1 index has been investigated in other solid neoplasms, and complementary studies on stimulation and antibody competition with ICI have been conducted. Finally, to provide new prognostic tools in oncology, the following functional assays and blood marker detections have been defined: analysis of tumor cells derived from primary cultures, NK cell cytotoxicity, and quantification of nanoplastic levels. Thus, through flow cytometry, this thesis describes new blood analysis protocols for molecules that may influence the immune system, such as nanoplastics or PD-L1, emphasizing the need to develop new tools to personalize cancer treatment and improve the effectiveness of ICI immunotherapy.