新方法用纳米颗粒可产生有效CAR-T细胞

研究人员开发了一种新方法——使用携带DNA的纳米颗粒对活体动物中的抗癌免疫细胞进行遗传控制。新研究显示，这种方法所得到的免疫细胞（称为CAR-T细胞）在实验小鼠中消除了白血病。

在临床治疗中，CAR-T细胞通常形成的方法是：首先从患者体内收集T细胞，然后在实验室中进行修饰，使其准确定位作用于癌细胞，让癌细胞能够呈数量增长，最后再将其注入患者体内。这种方法虽然在一些小型临床研究中有效，但价格昂贵，可能需要几周的时间才能完成，还需要专业的技术和设备。此外，必须对接受CAR-T细胞治疗的每个患者进行独立的治疗。

为了使CAR-T细胞疗法应用于更多的患者，Fred Hutchinson癌症研究中心的Matthias Stephan博士和他的同事们开始研制一种简便且廉价的生产CAR-T细胞的方法。他们创建了一个纳米颗粒，定位于T细胞上，包含有DNA指令，可以制备识别白血病细胞的嵌合抗原受体（CAR）。

“真正的新奇之处在于你不用在患者体外制备CAR T细胞，你可以将这些纳米颗粒直接提供给患者。”NCI癌症研究中心血液恶性肿瘤科主任Terry Fry博士说，他没有参与研究。“最终的目标是建立一个“现成的CAR-T细胞疗法”，这种方法有可能实现这个目标。” 他继续说道。

研究结果于4月17日在Nature Nanotechnology上发表。

辅助T细胞

T细胞具有攻击癌细胞的能力，但是他们通常需要帮助来确定靶点，且要增长到足够大的数量才能发起有效的攻击。CAR-T细胞疗法可以提供额外的推动力，帮助患者体内的T细胞发现癌细胞并产生大量的肿瘤杀伤T细胞。

几项正在进行的临床试验正在评估CAR-T细胞疗法对白血病、其他血液肿瘤患者的安全性和有效性，最近在一些实体瘤患者中也进行了评估 。

“但是，使用传统制备CAR T细胞的方法来治疗大量癌症患者“并不实际”。”Stephan博士解释说。“CAR-T细胞的扩增是这种疗法的主要“障碍”。”Fry博士也同意这点。因此，Stephan博士和他的同事转而研究纳米颗粒，它们可将DNA转运至特定细胞，易于制备和储存，且生产成本低廉。

他们设计的纳米颗粒具有几个关键要素，例如结合CD19（一种在白血病细胞上以高于正常量存在的分子）的CAR基因。它还含有帮助基因插入T细胞DNA的分子，使基因可以有效地表达。研究人员还在纳米颗粒表面添加了可以选择性结合T细胞的蛋白质。

研究人员发现，纳米颗粒可以储存一年，这使得“现成”治疗成为潜在的选择。

当他们在实验中用这些纳米颗粒处理T细胞时，他们发现纳米颗粒与T细胞结合并被其吸收。处理一天后，T细胞开始表达CAR，当与白血病细胞混合时，有效地杀死了白血病细胞。

Stephan博士和他的同事们接下来在纳米颗粒中添加了一个荧光信号，以便他们可以追踪纳米颗粒在小鼠中的活动。大多数纳米颗粒被锁定在小鼠的T细胞中并被吸收。分离实验表明，用纳米颗粒处理几天后，T细胞开始表达CAR。

传统制备CAR-T细胞的方法涉及到一个“膨胀”的步骤，即CAR-T细胞需要在实验室中生长直到它们的数量超过十亿个。在用纳米颗粒处理的小鼠中，研究人员发现CAR T细胞迅速扩增，在6天内增加了5.5倍。Stephan博士解释说：“基本上，这种扩增与实验室孵化器发生的扩增是完全相同的，但是它发生在存在肿瘤的小鼠体内。”

研究人员随后在急性淋巴细胞白血病的异种移植小鼠模型中测试了纳米颗粒。未经治疗或用缺乏关键元素的纳米颗粒治疗的小鼠，肿瘤继续生长，中位生存时间约14天。相比之下，用功能完全的纳米颗粒治疗的小鼠，病情得到缓解或肿瘤数量和大小明显减少。这些小鼠平均存活时间比对照小鼠长58天。研究人员在用常规实验室生长的CAR-T细胞治疗的小鼠中观察到了相似的结果。

安全问题

研究人员报告说，纳米颗粒在小鼠的血液中没有引起广泛的免疫反应，也没有导致任何其他毒性作用。

他们发现一些纳米颗粒与T细胞以外的免疫细胞结合，小部分的这些细胞吸收了纳米粒子并表达了CAR，但是这种表达随时间而减少。作者得出结论：在非T细胞中CAR表达引起的毒性是非常小的，并且在临床环境中是可控的。

然而，研究人员指出，由于目前的纳米颗粒设计，CAR基因随机插入T细胞DNA可能会导致有害的突变。他们建议在纳米颗粒上纳入一个将CAR基因整合到“安全”点的遗传元件，以实现更大化的控制。

Fry博士指出，另一个安全问题是不能控制CAR T细胞的数量。“如果你要开始在人类中使用这种治疗方法，你绝对不会知道在病人身上会产生多少CAR-T细胞，而CAR-T细胞肯定是有毒性的。”他继续解释说。

Stephan博士和他的同事写道：“这种方法的安全性仍然需要评估，要在非人类灵长类动物模型中或直接在1期剂量递增试验中进行。”

展望

研究团队的下一步是寻找行业合作伙伴来帮助他们大规模制造这些纳米颗粒，然后在临床研究中进行测试。

Stephan博士认为，这些纳米粒子可能会以多种方式用于治疗患者。例如，他说：“我们可以很容易地混合不同的纳米粒子，并重新编程T细胞来表达多个CAR，从而从各个角度对肿瘤进行定位，这有助于预防耐药性。此外，纳米颗粒可以与其他可能增强其功能的疗法相结合，如免疫检查点抑制剂或癌症疫苗。”

Fry博士指出，用于生产常规CAR-T细胞治疗的技术和方法也在迅速发展，这种纳米颗粒可能与这些进展相结合。

Stephan博士说：“CAR-T细胞疗法在癌症治疗领域的良好起步，为我们的方法转化为临床实践创建了一个很好的环境。”

（文章来源：美国国家癌症研究所 翻译：何静 2017-5-21）