使用可生物降解支架增强CART细胞疗法

CAR-T细胞疗法正在改变以前无法治愈的血癌的治疗方法。六种获批的CAR-T产品已用于20,000多人，500多项临床试验正在进行中。然而，根据马萨诸塞州总医院最近的一项研究，在接受CAR-T细胞疗法治疗的100名患有淋巴瘤、骨髓瘤或B细胞急性淋巴细胞白血病的患者中，24%只有部分反应，20%根本没有反应——这些是接受CAR-T疗法治疗的患者的典型成功率。

CAR-T细胞是由患者自身的免疫T细胞产生的，方法是将所谓的“嵌合抗原受体”（CAR）引入其分子库，使它们能够寻找并杀死特定的癌细胞。在体外进行费力且昂贵的工程和扩增后，它们被重新施用于同一患者作为活体治疗药物。

肿瘤学研究人员怀疑，令人失望的治疗结果可能是多种情况的结果，包括给患者服用的CAR-T细胞产品质量差，或者CAR-T细胞在患者体内存活的时间不够长或肿瘤对抗能力耗尽。迫切需要新的治疗策略来帮助克服这些缺点，并进一步提高CAR-T细胞在制造过程中甚至在患者体内的质量和功效。

现在，哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的一个研究小组开发了一种简单的干预措施，其形式是可生物降解的支架材料，可以局部注射到皮肤下，并在给药后用于重新注射CAR-T细胞，以提高其治疗效果。在发生侵袭性血液肿瘤并用非治愈剂量的CAR-T细胞治疗的小鼠中，该团队的“T细胞增强支架”（TES）显着抑制了肿瘤生长并延长了动物的生存时间。CAR-T细胞治疗效果的提高是由于TES能够增加血液循环中CAR-T细胞的数量，并引导它们分化为T细胞的肿瘤杀伤亚型。研究结果发表在《自然生物医学工程》杂志上。

已经开发了许多CAR-T细胞刺激方法，除了引入CAR受体外，还对患者的T细胞进行了其他基因修饰，以更好地维持其治疗效果（细胞内在），或者在疫苗的启发下，靶向免疫系统的其他部分以支持CAR-T细胞的肿瘤细胞攻击（细胞外源性）。然而，它们中的大多数都涉及新的挑战，包括CAR-T细胞制造过程中更复杂的细胞操作，以及在细胞内在方法的情况下控制产生的细胞行为，或者在细胞外在方法的情况下对身体的意外副作用。

在皮肤下形成假淋巴结

“以前，我们的团队设计了生物材料支架，通过模拟抗原呈递细胞（APC）来扩增用于培养皿中免疫治疗的T细胞，APC通常通过向T细胞呈递肿瘤抗原来重新编程淋巴结中的T细胞。我们假设这个基本概念也可以应用于有效刺激体内的CAR-T细胞 - TES基本上可以作为假淋巴结发挥作用，“共同第一作者David Zhang说，他在Mooney的小组中获得了博士学位。

TES生物材料支架由微小的可生物降解介孔二氧化硅棒（MSR）组成，当注射到皮肤下时，这些支架会自组装成3D的、可渗透细胞的支架结构，并通过小血管将自己连接到血液循环。TES 装载了一种称为白细胞介素-2 （IL-2） 的可溶性分子，该分子不断释放并刺激 T 细胞从血液循环进入 TES 的增殖。此外，MSR涂有双层脂质，模拟T细胞在淋巴结中遇到的APC的外细胞膜。该脂质层向 T 细胞表面的 T 细胞受体呈递两种抗体分子，即抗 CD3 和抗 CD28，其方式类似于 APC 呈递的肿瘤抗原通常刺激受体的方式。然后诱导CAR-T细胞增加其数量并分化为T细胞的肿瘤杀伤亚型。

首先，研究人员确定了TES中最佳的抗CD3：抗CD28抗体比例和数量，这有助于招募最大数量的培养CAR-T细胞，并诱导它们成为具有肿瘤细胞杀伤潜力的“效应T细胞”。当注射到小鼠的皮肤下时，TES将自己与动物的脉管系统连接起来，并在超过三周的时间内保持血管化结节的可追踪性。渗透其多孔网络的细胞中超过60%是中性粒细胞，这是一种充当免疫系统第一道防线的白细胞，而较小但很重要的比例由T细胞组成，这些T细胞通常是延迟和更具靶向特异性的肿瘤细胞（或病原体）定向免疫防御的一部分。

研究人员认为，“通过引起一些轻微的炎症，TES支架刺激它们的血管形成，并帮助吸引某些类别的免疫细胞，这将增加被动通过TES的免疫细胞，”共同第一Joshua Brockman博士说，他是Mooney团队的博士后研究员，现在是威斯康星大学麦迪逊分校的助理教授。“通过在不同时间点再次移除注射的支架，用CAR-T细胞培养它们，并测量细胞的活化水平，我们能够得出结论，TES可以在注射后至少七天内刺激CAR-T细胞。

肿瘤中的TESting

为了测试TES作为治疗增强剂的潜力，研究小组使用了人类伯基特淋巴瘤的临床相关小鼠模型，这是一种由B细胞癌变并影响许多器官引起的血癌。他们首先给小鼠施用人类淋巴瘤细胞，然后给它们治疗剂量的针对这种肿瘤开发的CAR-T细胞，然后再将TES注射到动物的皮肤下。重要的是，含有IL-2、抗CD3和抗CD28因子的完整补体的TES使循环CAR-T细胞的数量比缺乏这三个因子的空白TES增加了五倍以上，并且更多的CAR-T细胞获得了肿瘤细胞杀伤潜力。当在其他相同的环境中使用不足以治愈癌症的较低剂量的CAR-T细胞（亚治愈剂量）时，CAR-T细胞的增殖甚至更多。

“TES将CAR-T细胞吸收到它们的多孔结构中，在那里它们促进了它们的增殖、活化和分化，并最终它们进入血液以执行其肿瘤杀伤功能，”Zhang总结道。“而且，重要的是，虽然接受低治愈剂量的CAR-T细胞和空白TES的淋巴瘤动物很快死于扩散的癌症，但注射CAR-T细胞和功能齐全的TES的动物存活了更长的时间。

Brockman补充说：“这种侵袭性淋巴瘤小鼠模型是提供概念验证的理想工具。然而，它对应于处于疾病晚期的癌症患者，其治疗需要大量的细胞毒性 T 细胞潜力。在将TES进一步转化为人类患者时，可能需要更持久和更平衡的方法，这也增强了CAR-T细胞对肿瘤的记忆。

“Dave Mooney团队的这项研究证明了使用工程学来模拟多细胞相互作用的力量，这对我们的免疫系统抵抗癌症的能力至关重要。这项技术可以大大改变许多接受CAR-T疗法的癌症患者的生活，这些患者尚未从中受益，“Wyss创始董事Donald Ingber博士说，他也是哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授，以及SEAS的Hansjörg Wyss生物启发工程教授。

该研究的其他作者是Kwasi Adu-Berchie，Yutong Liu，Yoav Binenbaum，Irene de Lázaro，Miguel Sobral和Rea Tresa。该研究由哈佛大学Wyss研究所，食品和药物管理局（奖项#5F01FD006589）和美国国立卫生研究院（奖项#1R01EB015498，#R01 CA276459 和U01CA214369）资助。