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这绝对是未来基因转导的黑科技:纳米颗粒让CAR-T细胞直接在体内产生
作者:   来源:医麦克   发布者:左丽媛   日期:2017-04-21   今日/总浏览:4/1087

Matthias Stephan博士及其团队设计的纳米颗粒的横截面,显示了内部包装的T细胞编程基因。涂覆颗粒的黄色分子有助于其粘附到T细胞上。橙色聚合物有助于将基因捆绑并携带到细胞核中。

近日,《Nature》子刊发文,美国西雅图福瑞德-哈金森肿瘤研究中心开发出一种可生物降解的纳米颗粒,能在体内编程T细胞,使其可以识别和攻击癌细胞。研究发现经纳米颗粒编程后的T 细胞(免疫细胞),可以快速清除白血病小鼠体内的癌细胞,缓解小鼠病情进展。

据目前所知,这是首次在体内快速编程 T 细胞(不需要在实验室里将T细胞提取出来),重新编程的 T 细胞可以在 24 小时至 48 小时内开始发挥功能,并且在几周的时间内持续产生这些识别肿瘤细胞的受体。使免疫系统能迅速产生足够强的反应,及早杀死癌细胞。

颠覆传统,首次体内改造T细胞

细胞免疫疗法在临床试验中显示出广阔的应用前景,但是所面临的挑战一直是让它们更加广泛地可获得,和能够快速地部署它们。

Stephan构建出他的T细胞纳米颗粒(T-cellhoming nanoparticle),是为了让更多的患者受益于癌症细胞免疫疗法。

虽然基于细胞的杀伤性免疫疗法目前仅通过临床试验获得,但对于具有肿瘤与常规治疗方法相冲突的某些白血病患者来说,其具有巨大的潜力。T细胞攻击癌细胞,无疑是研究人员创造活体抗癌疗法的最佳突破口。


CAR-T疗法(嵌合抗原受体T细胞)应运而生,和其它免疫疗法类似,它的基本原理就是利用病人自身的免疫细胞来清除癌细胞,这种新的治疗策略的关键之处在于识别靶细胞的被称作嵌合抗原受体(CAR)的人工受体,而且在经过基因修饰后,病人T细胞能够表达这种CAR。

在人体临床试验中,科学家们通过一种类似透析的过程提取出病人体内的一些T细胞,然后在实验室对它们进行基因修饰,将编码这种CAR的基因导入,这样这些T细胞就能够表达这种新的受体。这些经过基因修饰的T细胞在实验室进行增殖,随后将它们灌注回病人体内。这些T细胞利用它们表达的CAR受体结合到靶细胞表面上的分子,而这种结合触发一种内部信号产生,接着这种内部信号如此强效地激活这些T细胞以至于它们快速地摧毁靶细胞。

此外,患者必须忍受化疗对抗癌症的同时破坏体内其他免疫细胞,这为他们即将获得的新一代CAR -T细胞提供空间。

但目前的过程对于一些病人来说也是耗时且危险的。T细胞取自患者,然后在实验室进行遗传工程化和培养,以便后续输注回个体,这可能需要几周才能产生足够数量的细胞。在重新设计的细胞可以被引入之前,患者还必须进行化学疗法作为癌症辅助治疗。据相关报道表示,在CAR-T细胞输注之前的化疗很可能跟临床试验中的患者脑水肿死亡或大脑肿胀有关系。


那相比较传统的CAR-T制备过程,Stephan博士的方法要显得更为简单安全,艰巨而耗时的T细胞编程步骤都是在体内发生,在这项新的研究中,Stephan和他的团队开发出了可传递CAR编码基因的生物可降解的纳米颗粒,并利用分子标记,使其像毛刺一样粘附在T细胞上。一旦T细胞吞噬掉这些颗粒物,它们便沿着细胞的内部运送系统进入细胞核并随后溶解。其所携带的 CAR 基因会被整合到细胞核内的染色体中,使 T 细胞可以在一两天内对新基因进行解码并产生 CAR。几天之内,一支癌细胞“连环杀手”军队即可建成。

研究使用临床前白血病的小鼠模型,Stephan和他的同事们将纳米粒子编程方法与先化疗再输注在实验室中经过编程表达CAR的T细胞进行了比较,纳米颗粒编程的CAR- T与传统灌注的CAR-T细胞相比毫不逊色,小鼠实验表明,利用纳米颗粒或灌注的CAR-T细胞进行治疗可让这些小鼠的存活期从平均两周增加到平均58天。


Stephan博士

不在等待,让CAR-T疗法随时随地

事实证明,纳米粒子可以产生与现有方法相似的抗癌强度的T细胞,但是相比较来说,纳米粒子更加廉价并且易于生产。Stephan希望他能够为患者提供更温和,更容易和更便宜的方法来提供免疫治疗。

与输注的CAR -T细胞相比,纳米颗粒编程的T细胞不依赖于化疗来清除它们的方式;事实上,针对纳米颗粒靶向存在的T细胞越多越好。

Stephan博士说:“我们正在使用患者的T细胞。新颖的是,在理论上,白血病患者根本不需要化疗的一线治疗。”

由于纳米粒子廉价且易于生产,他相信这会成为像Keytruda或化学疗法一样容易地存储和作为基于抗体的免疫疗法进行治疗的方法,但是它以和遗传工程T细胞相同的方式对待免疫系统。

Stephan博士表示他们正在结合所有技术的优点,不久之后,纳米粒子可以使细胞免疫治疗成为“在癌症确诊之日,病人就可以在生活附近的门诊进行这种治疗。”

下一步发展方向,新型疗法即将到来

诸多临床试验表明,细胞免疫疗法很有前途,但要广泛用于临床治疗还面临不少挑战。目前进行细胞免疫疗法通常需要几周时间,因为必须要将 T 细胞从患者体内取出,在特殊的细胞处理设备中培养,进行基因工程改造后,才可再次注入患者体内。而有了新的纳米颗粒,就可以消除这一耗时费钱的步骤,这无疑会推动细胞免疫疗法的应用。

当然在能够开展人体临床试验之前,Stephan纳米颗粒还有很长的路要走。他正在寻找新的策略来开发基因运送-表达系统,并且希望能和与有能力制造临床级纳米颗粒的公司合作。弗雷德·哈奇森中心也就该流程申请了美国和国际专利, Stephan为发明人。

此外,Stephan也专注于实体瘤的研究,并与来自弗雷德-哈金森癌症研究中心的几个研究小组共同合作。

而且,他补充说:“免疫治疗只能是开始,我们希望这可以用于肝炎等传染病。这种技术可能向患者提供他们自己身体中没有的受体,而只需要一小部分程序化的T细胞来抵抗病毒”。

尽管这种编程T细胞的方法离实际应用还有很远,但Stephan相信,未来可生物降解的纳米粒子定会改变基于细胞的免疫疗法,无论是癌症还是传染病都将可以在任何地方获得治疗。

Stephan表示很兴奋,基于纳米粒子的免疫治疗可能是“即将到来的一件事”。

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