来自北卡罗来纳州立大学(NCState)和北卡罗来纳大学(UNC)教堂山分校的研究人员开发了一种“生物指导”植入式支架，可以直接在体内制造和释放CART细胞，以攻击癌性肿瘤。在一项针对携带淋巴瘤的小鼠的概念验证研究中，研究人员发现，使用“用于T细胞工程和释放的多功能藻酸盐支架”(MASTER)植入物进行治疗比传统的CART细胞癌症疗法更快、更有效。新的平台技术还使研究人员能够将CART细胞处理时间从几周缩短到一天。

第一作者、北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学联合生物医学工程系的博士后研究员PrithaAgarwalla博士及其同事在《自然生物技术》杂志上发表了一篇题为“用于快速体内制造和释放CART细胞的生物指导植入式支架”的论文，报告了他们的工作”，他们总结道，“MASTER承诺通过快速生产来改变CART细胞疗法，并有可能降低提供此类疗法所需的复杂性和资源。”

免疫系统T细胞的任务是识别和破坏体内已被入侵病原体感染的细胞。CART细胞是专门设计用于识别癌细胞并消灭它们的T细胞。CART细胞已经在临床上用于治疗淋巴瘤，并且许多临床试验正在进行中，以评估CART细胞治疗对其他形式癌症的使用。

作者进一步解释说：“CART细胞疗法在对抗表达CD19的B细胞恶性肿瘤方面取得了前所未有的成功，这一成功已获得FDA的两项批准，并激发了“数百项正在进行的临床试验”。然而，尽管CART细胞疗法在治疗人类恶性肿瘤方面具有革命性的潜力，但生产临床级CART细胞的复杂程序和成本是广泛临床应用的主要障碍。“……针对B细胞恶性肿瘤的CART细胞疗法受到漫长、昂贵且劳动密集型的体外制造程序的限制……”该团队继续说道。“整个制造过程可能花费高达50万美元，并且可能需要数周时间。

该研究的通讯作者、北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学联合生物医学工程系助理教授YevgenyBrudno博士补充道：“CART细胞治疗的一个主要缺点是它非常昂贵，每剂数十万美元。”。“由于成本高昂，许多人被排除在这种治疗之外。成本高的原因之一是制造过程复杂、耗时，并且必须针对每位癌症患者进行单独定制，”Brudno补充道。“我们希望解决CART治疗中与制造时间和成本相关的挑战。”

“对于疾病快速进展的患者来说，缩短生产时间更为重要，”Agarwalla评论道。研究人员创建了MASTER来应对这一挑战。他们的工作是与北卡罗来纳大学莱恩伯格癌症中心微生物学和免疫学系教授、免疫学项目联合负责人GianpietroDotti博士合作进行的。弗朗西斯·利格勒博士是德克萨斯农工大学生物医学工程教授。

了解CART细胞的产生方式有助于了解MASTER的工作原理。为了生成CART细胞，临床医生首先从患者体内分离出T细胞，然后将其运送到制造厂。然后几天内使用抗体激活T细胞，为重新编程做好准备。然后使用病毒将CAR基因引入激活的T细胞中，将其重新编程为靶向癌细胞的CART细胞。然后研究人员添加因子来刺激CAR-T细胞增殖，扩大其数量。整个过程可能需要数周时间，只有这样细胞才能被送回医院并注入患者的血液中。

“我们的MASTER技术采用了繁琐且耗时的激活、重新编程和扩展步骤，并在患者体内执行这些步骤，”Agarwalla解释道。“这将数周的过程变成了一天的过程。”

MASTER是一种生物相容性海绵状材料，具有迷你棉花糖的外观和触感。为了开始治疗，研究人员从患者体内分离出T细胞，并将这些幼稚(未激活)T细胞与工程病毒混合。将混合物倒在MASTER顶部，并被吸收。MASTER上装饰有激活T细胞的抗体，因此细胞激活过程几乎立即开始。然后通过手术将MASTER支架植入患者体内。

植入后，细胞激活过程继续进行。当T细胞被激活时，它们开始对修改后的病毒做出反应，病毒将它们重新编程为CART细胞。“MASTER材料的大孔和海绵状特性使病毒和细胞紧密结合在一起，从而促进细胞基因重编程，”Agarwalla评论道。正如作者指出的那样，“MASTER可以直接装载患者来源的T细胞和编码CAR的病毒颗粒，并在同一天植入体内，以在体内生成CART细胞。”

MASTER支架材料还浸渍有促进细胞增殖的白细胞介素因子。植入后，这些白细胞介素开始滤出，促进CAR-T细胞快速增殖。布鲁德诺说：“对材料进行工程设计，使其干燥并吸收T细胞和病毒的组合至关重要。”“如果你试图通过将T细胞和病毒应用到潮湿的MASTER上来做到这一点，那是行不通的。”

作者在论文中总结了MASTER平台的主要特点：“MASTER旨在(1)宿主T细胞和病毒颗粒;(2)刺激T细胞活化和增殖;(3)促进T细胞转导;(4)局部扩增CART细胞，(5)持续释放功能齐全的CART细胞来控制肿瘤生长。”

在他们报告的研究中，研究人员在患有淋巴瘤的小鼠中测试了MASTER技术。一组动物接受了使用MASTER创建和递送的CART细胞的治疗。第二组接受传统制造并静脉注射的CART细胞治疗。然后将这两组的结果与接受非工程化T细胞的对照组的结果进行比较。

“我们的技术表现非常好，”布鲁德诺说。“从幼稚T细胞中制造出用于临床的CART细胞至少需要两周时间。我们能够在分离幼稚T细胞后数小时内将MASTER引入小鼠体内。”

此外，由于细胞在分离后数小时内被植入，因此最少的操作就能产生更健康的细胞，这些细胞表现出更少的与CART细胞抗癌性能较差相关的标记。具体来说，MASTER技术导致细胞分化程度较低，这意味着体内具有更好的可持续性和更强的抗癌效力。此外，这些细胞显示出较少的T细胞耗竭标记，这是由T细胞功能较差所定义的。

Agarwalla指出：“最终结果是，通过MASTER接受CAR-T细胞治疗的小鼠在抵抗肿瘤方面比接受传统CAR-T细胞治疗的小鼠要好得多。”

从长远来看，当小鼠面临淋巴瘤复发时，抗癌功效的改善尤其明显。作者表示，总的来说，他们的结果“……证明使用MASTER产生的CART细胞在控制肿瘤生长方面与传统CART细胞具有相同的功能，但具有更好的扩增和持久性。值得注意的是，MASTER大幅降低了CART细胞生产的时间、复杂性和成本。”

“MASTER技术在淋巴瘤等液体肿瘤中非常有前景，但我们特别渴望看到MASTER如何对抗实体瘤，包括胰腺癌和脑肿瘤，”Brudno评论道。“我们正在与行业合作伙伴合作，将该技术商业化，但在临床应用之前还有很多工作要做。在我们开始探索涉及人类患者的临床试验之前，有必要在动物模型中进一步确定这项技术的安全性和稳健性。”

虽然无法估计MASTER治疗如果最终被批准用于临床使用的成本可能是多少，但布鲁德诺表示，他乐观地认为它会比现有的CART治疗方案便宜得多。

研究人员表示，MASTER概念可能在癌症以外的领域也有实用性。“除了癌症治疗的潜力之外，MASTER技术还可能激发利用治疗细胞重新编程和释放能力的新疗法。”Brudno表示：“我们还在与其他行业合作伙伴探索机会，采用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。”

“我觉得我们只是触及了这里可能性的表面，”阿加瓦拉总结道。

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