Nature子刊：可植入生物技术产生CAR-T细胞，治疗癌症更快、更有效！

导读：近期研究开发出一种可植入的生物技术，可产生并释放CAR-T细胞用于攻击癌性肿瘤，比常规的CAR-T细胞癌症治疗更快、更有效！这种生物技术MASTER，它简化了体内CAR-T细胞制造，并将处理时间缩短到一天。在分离初始T细胞的数小时内将MASTER导入小鼠体内，最小的操作创造了更健康的细胞。

来自北卡罗来纳州立大学（NC State）和北卡罗来纳大学（UNC）教堂山分校的研究人员开发出一种可植入的生物技术，可产生并释放CAR-T细胞用于攻击癌性肿瘤。在一项涉及小鼠淋巴瘤的概念验证研究中，研究人员发现，与常规的CAR-T细胞癌症治疗相比，使用植入物进行治疗更快、更有效。相关研究近期发表在《Nature Biotechnology》上，题为“Bioinstructive implantable scaffolds for rapid in vivo manufacture and release of CAR-T cells”。

https://www.nature.com/articles/s41587-022-01245-x

T细胞是免疫系统的一部分，其任务是识别和破坏体内感染入侵病原体的细胞。CAR-T细胞是经过改造的T细胞，用来识别癌细胞并摧毁它们。CAR-T细胞已经在临床上用于治疗淋巴瘤，有许多临床试验正在进行中，集中于使用CAR-T细胞治疗对抗其他形式的癌症。

该研究的通讯作者、NC State和UNC联合生物医学工程系助理教授Yevgeny Brudno说：“CAR-T细胞治疗的一个主要缺点是它非常昂贵——每剂几十万美元。”

"由于其成本，许多人被排除在这种治疗之外。高成本的一个原因是制造过程复杂、耗时且必须为每个癌症患者量身定制，”Brudno说。“我们想解决CAR-T治疗中与制造时间和成本都相关的挑战。”

该研究的主要作者、联合生物医学工程部门的博士后研究员Pritha Agarwalla说：“缩短制造时间对于疾病进展迅速的患者更加关键。”

为了应对这一挑战，研究人员创建了一种名为MASTER（Multifunctional Alginate Scaffold for T Cell Engineering and Release）的生物技术。这项工作是与UNC Lineberger癌症中心微生物学和免疫学系教授、免疫学项目共同负责人Gianpietro Dotti；Texas A&M University生物医学工程教授Frances Ligler合作完成的。

要了解MASTER是如何工作的，你必须了解CAR-T细胞是如何产生的。临床医生首先从患者体内分离T细胞，并将其运送到洁净的生产设施中。在这个设施中，研究人员用抗体在几天内“激活”T细胞，为它们进行重编程做准备。一旦T细胞被激活，研究人员就会利用病毒引入CAR基因，将T细胞重编程为靶向癌细胞的CAR-T细胞。然后研究人员加入因子刺激CAR-T细胞增殖，扩大其数量。最后，在这些操作完成后——这一过程可能需要数周——细胞被带回医院并输入患者的血流中。

Agarwalla说：“我们的MASTER技术采取了繁琐耗时的激活、重编程和扩展步骤，并在患者体内进行。这将多周过程转变为单日程序。”

MASTER是一种具有生物相容性的海绵样材料，外观和触感均像迷你棉花糖。为了开始治疗，研究人员从患者体内分离出T细胞，并将这些初始（或非活化）T细胞与工程化病毒混合。研究人员将这种混合物倒在吸收它的MASTER之上。MASTER上装饰有激活T细胞的抗体，所以细胞的激活过程几乎立即开始。同时，通过手术将MASTER植入患者体内——在这些研究中，是植入小鼠体内。植入后，细胞活化过程继续。随着T细胞被激活，它们开始对修改的病毒作出反应，这些病毒将它们重编程为CAR-T细胞。

Agarwalla说：“MASTER材料的大孔隙和海绵样性质使病毒和细胞紧密地结合在一起，这有利于细胞基因重编程。”MASTER材料还浸渍了称为白细胞介素的因子，促进细胞增殖。植入后，这些白细胞介素开始沥滤出，促进CAR-T细胞快速增殖。

Brudno说：“对材料进行工程化，使其干燥并吸收这种T细胞和病毒的组合是至关重要的。如果你试图通过将T细胞和病毒应用于潮湿的MASTER来做到这一点，它只是不起作用。”

在这些研究中，研究人员用患淋巴瘤的小鼠做实验。一组用CAR-T细胞处理，使用MASTER创建和递送。第二组用常规制造的CAR-T细胞处理，静脉输送。将这两组与接受非工程T细胞的对照组进行比较。“我们的技术表现非常好，”Brudno说。“从初始T细胞制造CAR-T细胞用于临床至少需要两周的时间。我们能够在分离初始T细胞的数小时内将MASTER导入小鼠体内。”

此外，由于细胞是在分离数小时内植入的，最小的操作创造了更健康的细胞，表现出与CAR-T细胞抗癌性能差相关的更少的标记。具体来说，MASTER技术导致细胞分化程度较低，这转化为体内更好的可持续性和更强的抗癌效力。此外，细胞显示较少的T细胞耗竭标志物，这定义为T细胞功能较差。

Agarwalla说：“最终的结果是，通过MASTER接受CAR-T细胞治疗的小鼠比接受常规CAR-T细胞治疗的小鼠在抵抗肿瘤方面要好得多。”

当小鼠面临淋巴瘤复发时，抗癌疗效的改善在长期内尤其明显。

Brudno说：“MASTER技术在液体肿瘤中非常有前景，比如淋巴瘤，但我们尤其渴望看到MASTER如何对实体瘤——包括胰腺癌和脑肿瘤——进行治疗。”

近期另一篇研究“Disrupting N-glycan expression on tumor cells boosts chimeric antigen receptor T cell efficacy against solid malignancies”表明N-糖基化调节CAR T细胞反应的质量和强度，为合理设计针对实体恶性肿瘤的改进疗法铺平了道路。

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abg3072

“我们正在与行业合作伙伴合作，将该技术商业化，但在其成为临床可用之前仍有大量工作要做。在我们开始探索涉及人类患者的临床试验之前，有必要进一步开展工作，以在动物模型中确定该技术的安全性和稳健性。”虽然不可能估计MASTER治疗最终被批准用于临床的成本可能是多少，但Brudno乐观地认为，它将大大低于现有的CAR-T治疗方案。

Brudno说：“我们还在与其他行业合作伙伴一起探索机会，以接受MASTER的基本概念，并将其应用于再生医学和治疗自身免疫性疾病。”

Agarwalla说：“我觉得我们只是触及了这里的可能性的表面。”

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2022-03-animal-implant-churns-car-t-cells.html