[ca] El carcinoma escatós de cap i coll (CECC) representa el setè càncer més comú en el món, amb més de 850.000 nous casos i 400.000 morts en 2020. El tractament actual, que inclou una combinació de cirurgia, quimioteràpia i radioteràpia, aconsegueix un control loco-regional de la malaltia. No obstant això, els pacients de CECC continuen en risc de desenvolupar recidives loco-regionals i metàstasis a distància, afectant de manera dramàtica al seu pronòstic i supervivència. A pesar que el tractament per a pacients amb recidives i/o metàstasis ha millorat en els últims anys gràcies a la incorporació d'anticossos monoclonals i immunoteràpia, fins a un 30-40% dels pacients de CECC moren a conseqüència de la malaltia, posant de manifest la necessitat de noves teràpies. En els últims anys, el receptor de quimiocines 4 (CXCR4) ha estat proposat com una prometedora diana terapèutica. CXCR4 es troba sobreexpressat en més de 20 tipus de càncers, entre ells el CECC, i aquesta sobreexpressió ha estat relacionada amb una major proliferació, angiogènesi, invasió i disseminació metastàtica. De manera important, la sobreexpressió de CXCR4 en tumors primaris de CECC està associada amb el desenvolupament de recidives loco-regionals, metàstasis i un pitjor pronòstic dels pacients. En conseqüència, diferents teràpies dirigides a CXCR4 han estat desenvolupades en les últimes dècades, principalment inhibidors de CXCR4, sent l'antagonista de CXCR4 AMD3100 (plerixafor) l'únic fàrmac en el mercat. En aquest context, el nostre grup ha desenvolupat nanopartícules proteiques basades en el pèptid T22, un lligant de CXCR4, per al lliurament selectiu de dominis citotòxics a les cèl·lules tumorals amb sobreexpressió de CXCR4. L'objectiu de la present tesi doctoral és estudiar el potencial d'aquestes nanopartícules basades en el pèptid T22 per al tractament del CECC. En primer lloc, en aquest treball es demostra que el nanotransportador basat en T22 internalitza de manera selectiva en les cèl·lules tumorals de CECC CXCR4+. A més, aquest nanotransportador també presenta una acumulació en tumor dependent de CXCR4 in vivo, amb una biodistribució menyspreable en altres òrgans. D'altra banda, aquestes nanopartícules basades en el pèptid T22 presenten una gran versatilitat, permetent incorporar dominis peptídics citotòxics per a generar nanopartícules terapèutiques. Seguint aquesta estratègia, hem desenvolupat prèviament les nanotoxines T22-PE24-H6 i T22-DITOX-H6, que incorporen els dominis catalítics de l'exotoxina A de Pseudomonas aeruginosa i de la toxina diftèrica respectivament. En aquest treball, es demostra que totes dues nanotoxines presenten un efecte citotòxic dependent de CXCR4 en cèl·lules tumorals de CECC. Cal destacar que es descriu per primera vegada la capacitat de totes dues nanotoxinas d'activar la piroptosi mediada per caspasa-3/GSDME, un tipus de mort cel·lular programada proinflamatòria, alternatiu a l'apoptosi. Aquest efecte citotòxic es tradueix en un potent efecte antitumoral in vivo, especialment en el cas de T22-DITOX-H6 que pràcticament frena el creixement tumoral, en absència de toxicitat en altres òrgans. Finalment, el tractament amb T22-DITOX-H6 és capaç de bloquejar la disseminació metastàtica als ganglis limfàtics cervicals, pulmons i fetge sense provocar alteracions histopatològiques en un model murí ortotòpic que reprodueix el patró de metàstasi dels pacients de CECC. En resum, en la present tesi doctoral vam demostrat que les nanotoxines que incorporen el lligand T22 són capaces d'induir piroptosi en cèl·lules tumorals CXCR4+, un mecanisme de mort cel·lular alternatiu a l'apoptosi amb un gran potencial per a millorar el tractament dels pacients amb CECC metastàtic.

[en] Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) represents the seventh most common cancer worldwide, with more than 850,000 new cases and 400,000 deaths in 2020. Current treatment, consisting of a combination of surgery, chemotherapy, and radiotherapy, achieves loco-regional control of the disease. However, these patients are still at risk of developing loco-regional recurrence and distant metastasis, dramatically affecting their prognosis and survival. Although the treatment for recurrent and/or metastatic patients has recently improved with the addition of targeted monoclonal antibodies and immunotherapy, up to 30%‒40% of HNSCC patients still die because of the disease, highlighting the urge for novel therapeutic strategies. In the last years, the chemokine receptor 4 (CXCR4) has emerged as a promising molecular target. CXCR4 is overexpressed in more than 20 cancer types, including HNSCC, and its overexpression has been related to enhanced proliferation, angiogenesis, invasion, and metastasis. Remarkably, CXCR4 overexpression in HNSCC primary tumors associates with loco-regional recurrence, distant metastasis, and worse patient prognosis. Consequently, different CXCR4-targeted anticancer therapies have been developed in the last decades, mainly CXCR4 inhibitors, being the antagonist AMD3100 (plerixafor) the only one in the market. In this context, our group has developed the T22-based protein nanoparticle platform, that incorporates the CXCR4 ligand T22 cationic peptide, for the selective delivery of cytotoxic domains to CXCR4-overexpressing cancer cells. The aim of the present thesis is to study the suitability of these T22-based nanoparticles for the treatment of HNSCC. First, we demonstrate that the T22-nanocarrier selectively internalizes in CXCR4+ HNSCC cancer cells. Consequently, the nanocarrier displays a CXCR4-dependent tumor accumulation in vivo, with negligible biodistribution to non-tumor bearing organs. In addition, this nanoparticle platform presents a great versatility allowing the incorporation of cytotoxic peptidic domains to generate therapeutic nanoparticles. Following this strategy, we have previously developed T22-PE24-H6 and T22-DITOX-H6, that incorporate the toxin catalytic domain of Pseudomonas aeruginosa exotoxin A and the diphtheria toxin domain, respectively. In the present work, we demonstrate that both nanotoxins exhibit a CXCR4-dependent cytotoxic effect in HNSCC cancer cells. Remarkably, we describe for the first time that both nanotoxins trigger caspase-3/GSDME-dependent pyroptosis, a pro-inflammatory type of programmed cell death alternative to apoptosis. This cytotoxic effect translates into a potent antitumor effect in vivo, especially in the case of T22-DITOX-H6 that practically arrests tumor growth, in the absence of toxicity in other healthy organs. Lastly, T22-DITOX-H6 treatment is capable of effectively blocking metastatic dissemination to the cervical lymph nodes, lungs, and liver in the absence of histopathological alterations in an orthotopic mouse model that replicates the metastatic pattern of HNSCC patients. Overall, in the present thesis we demonstrate that the T22-based nanoparticles, that incorporate toxin domains, induce pyroptosis in CXCR4+ cancer cells, a cell death mechanism alternative to apoptosis with a great potential to improve the treatment of patients with metastatic HNSCC.