Nature重磅：「創意支架」完美呈現CAR-T體外擴增條件，效率可提高10倍

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醫麥客：大大縮短CAR-T細胞生產製造時間

2018年1月16日/醫麥客 eMedClub/--2017年，諾華和吉利德(Kite)的兩款CAR-T細胞產品獲批上市，書寫了細胞療法時代的開卷語。而伴隨著法規細則的出台，中國CAR-T的產業化道路也已經拉開序幕，截止到2018年1月12日，國內已有6個CAR-T細胞藥物申報臨床。

圖片來源 CFDA

作為一項突破性的新型療法，CAR-T已經在臨床試驗中顯示出了強大的治療潛力。在實際的操作過程中，科學家們需要通過一種類似透析的過程提取出病人體內的一些T細胞，然後在實驗室對它們進行基因修飾，將編碼這種CAR的基因導入到T細胞，並進行CAR-T細胞的擴增，最後將足夠量的CAR-T細胞回輸到患者體內。這些T細胞利用它們表達的CAR受體結合到靶細胞表面上的分子，而這種結合觸發一種內部信號產生，接著這種內部信號就可以強效地激活這些T細胞以至於它們能夠快速地摧毀靶細胞。

Juno的CAR-T細胞產品的預期生產製造時間(圖片來源 Juno)

但不可否認的是，目前的治療過程對於一些病人來說也是耗時且危險的。因為百萬級數量的CAR-T細胞才足以對抗患者體內的癌細胞，而擴增到如此大的數量可能需要幾周時間。

其中，作為CAR-T細胞產品製備最快的公司，Kite從提取患者細胞，到CAR-T細胞回輸進患者體內的過程也需要16-18天(中位數為17，也可能縮短到14天)的時間(諾華22-29天，Juno 24天左右)。而鑒於多種難治性癌症的侵襲性質，接受CAR-T細胞治療，時間絕對是最為關鍵的一個環節。

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所以在保證治療療效的同時，盡量的縮短CAR-T細胞的擴增時間是相當重要的。正常情況下，人體內T細胞的擴增需要抗原呈遞細胞(APC)的幫助。其會在合適的時間，對T細胞進行多種刺激，但這種完美的擴增條件卻很難在體外實現。

令人驚喜的是，由哈佛大學Wyss研究所的David Mooney和工程與應用科學學院(SEAS)的John A. Paulson領導的一個研究小組開發的一種用生物材料製成的支架，卻有望徹底改變CAR-T細胞的擴增現狀。相關研究結果於2018年1月15日在線發表權威學術期刊《Nature Biotechnology》上。

相比較於現有的體外擴增方法，在該項研究中，科學家用APC-模擬生物材料支架實現了對小鼠和人原代T細胞的更有效擴增，並且證明了該方法在接受CAR-T細胞治療的小鼠淋巴瘤模型中的潛力。

作為Wyss研究所的核心成員以及免疫材料平台的領導者，Mooney博士表示：「我們的方法跟APCs如何在外膜上呈現對原代T細胞的刺激信號，以及它們如何釋放可溶性因子以增強T細胞的存活非常相似。因此，可以實現更快，更大數量的擴增。通過改變支架中脂質、誘因和可擴散因子的組成，我們設計了一個非常靈活多樣的平台，可用於擴增來自血液樣品的特定T細胞群體，包括CAR- T細胞療法。」

APC模擬支架(APC-ms)的結構(圖片來源 Nature Biotechnology)

為了設計這種模擬APC的支架，研究小組首先在多孔的硅制棒狀材料(MSRs)中填入了一種延長相關T細胞存活的APC產生因子-白細胞介素2(IL-2)。然後用類似於APC的細胞外摸，磷脂雙層膜(SLB)包被MSR。接著，研究人員用一對T細胞刺激抗體進行功能化(這些抗體能夠在脂質層中保持移動並且能與T細胞表面的受體/共受體分子結合)。最後，在培養基中，通過棒狀材料的沉降和隨機堆疊，三維支架自發形成，並形成足夠大的孔，允許T細胞的自由進入、移動和積累，從而發出刺激其成倍擴增的信號。

Polyclonal expansion of primary mouse T cells(圖片來源 Nature Biotechnology)

Polyclonal expansion of primary human T cells(圖片來源 Nature Biotechnology)

在一系列的並行比較中，Mooney的研究小組證明，APC模擬支架的性能優於商業上可用的擴增珠(Dynabeads，目前用於臨床過繼細胞治療)。作為該論文的第二作者，David Zhang表示：「在單劑量下，相比較於Dynabeads，APC-模擬支架使得小鼠和人類的原代T細胞擴增至2-10倍。此外，這種APC模擬支架還有另外一個不容忽視的優勢，研究人員甚至可以在所期望的免疫反應中，調整具有不同作用的T細胞亞群的比例，而這在將來可能會增加細胞治療的有效性。

CD4/CD8 ratio(圖片來源 Nature Biotechnology)

在這些發現的基礎上，研究人員展示了他們的T細胞擴增平台(APC模擬支架)在治療模型中的實用性。論文的第一作者，Alexander Cheung博士說：「我們發現用APC模擬支架擴增的特定CAR-T細胞產物可以促進治療人類淋巴瘤癌症的小鼠模型。相比較於類似設計的擴增方法(擴增珠)，被設計為激活特定類型的CAR-T細胞的APC模擬支架能夠在同樣的培養時間裡產生更多數量的修飾的T細胞，並且所得到的細胞同樣可以有效地殺死小鼠淋巴瘤細胞。

In vivo efficacy of restimulated 19BBz CAR-T cells in a disseminated lymphoma xenograft model(圖片來源 Nature Biotechnology)

在成功使用該APC模擬支架擴增樣品中存在的所有T細胞後，研究小組證明，其也可用於從更複雜的細胞混合物中擴增抗原特異性T細胞。這種T細胞克隆是由免疫系統不斷發展的，用來識別外來蛋白質中包含的小肽。為了達到這個目的，研究人員將分子加入到被稱為主要組織相容性複合體(MHC)的支架中，並將從病毒蛋白衍生的小肽呈遞給T細胞。

Cheung 表示，基於這項研究，他們發現APC-模擬支架也具有從血液中富集和擴增罕見T細胞亞群的優越潛力，並堅信他們創造了一種可以促進更有效的精確免疫治療的技術平台。