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迄今为止,CAR-T(嵌合抗原受体T)细胞疗法的运用主要集中在癌症领域

来源: | 2022-09-21 13:21:30 | 人气:

导读:迄今为止,CAR-T(嵌合抗原受体T)细胞疗法的运用主要集中在癌症领域。这种疗法可以帮助T细胞正确识别并摧毁癌细胞。为此,首先需要从患者的血液中提取T细胞,并进行特定的基因修饰编

迄今为止,CAR-T(嵌合抗原受体T)细胞疗法的运用主要集中在癌症领域。这种疗法可以帮助T细胞正确识别并摧毁癌细胞。为此,首先需要从患者的血液中提取T细胞,并进行特定的基因修饰编程,增强其攻击和杀死癌细胞的能力。然后将修饰后的T细胞大量培养,并重新注入患者体内。可以说,CAR-T细胞疗法自被提出以来,就一跃成为了治疗癌症的明星疗法。网传“120万抗癌神药”其实就是一种“CAR-T细胞”静脉注射液。

然而,当针对人类心力衰竭或其他纤维化疾病时,这种标准的CAR-T细胞技术会出现问题。成纤维细胞在体内具有正常而重要的功能,尤其是在伤口愈合方面。经过基因重编程以攻击成纤维细胞的CAR-T细胞可以在体内存活数月甚至数年,从而抑制成纤维细胞数量,并且会持续影响伤口愈合。

 

近日,来自宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员开创了一项实验性免疫疗法,解决了上述常规疗法存在的特异性问题,即仅通过一次注射信使RNA(mRNA)就可以瞬时重新编程患者体内的免疫细胞(该技术基于CAR-T细胞疗法),使其对特定目标予以攻击,这类似于mRNA类型的COVID-19疫苗。


该研究发表在国际知名期刊Science上,研究人员通过以T细胞靶向脂质纳米颗粒(LNP)为载体递送修饰的mRNA,使其在体内产生瞬时CAR-T细胞来攻击心脏成纤维细胞。心力衰竭通常在一定程度上是由这些成纤维细胞驱动的,这些成纤维细胞通过长期过度产生使心肌变硬、损害心脏功能的纤维物质来应对心脏损伤和炎症—这种情况称为纤维化。研究结果显示,在心力衰竭的小鼠模型实验中,由重新编程的T细胞引起的心脏成纤维细胞减少,导致纤维化的显著逆转。


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图片研究成果(图源:Science)


在该项研究中,研究人员设计了一种mRNA,并将其封装在CD5靶向的LNP颗粒中(称为“靶向抗体/LNP-mRNA载体”或CD5/LNP –FAPCAR)。该mRNA编码靶向成纤维细胞活化蛋白(FAP)的T细胞。研究人员首先进行了概念验证实验,在体外将含有编码FAPCAR或绿色荧光蛋白(GFP)的修饰mRNA(封装在CD5/LNP中)与新鲜分离的激活的鼠T细胞在体外培养48小时。通过流式细胞仪显示,靶向CD5的LNP载体将其mRNA递送至培养的大多数T细胞中。此外,这些LNP产生的CAR-T细胞能够在体外以剂量依赖的方式有效地杀伤表达FAP的靶细胞。


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CD5靶向的LNPs在体外产生功能性的基于mRNA的FAPCAR-T细胞(图源:Science)

 

接下来,研究人员评估了CD5靶向的LNP-mRNA是否也可以在体内有效地重编程T细胞。研究结果显示,静脉注射含有荧光素酶mRNA(CD5/LNP-Luc)的小鼠在其脾T细胞中表达丰富的荧光素酶,而注射同种型对照(非靶向)IgG/LNP-Luc的小鼠则没有。生物发光成像技术显示,仅在CD5/LNP-Luc处理的动物中证明了脾脏的靶向性。


在另一项实验中,CD5/LNPs加载了编码Cre重组酶(CD5/LNP-Cre)的mRNA,研究人员将其注射到Ai6 Cre-reporter小鼠中(Rosa26CAG-LSL-ZsGreen)。研究结果显示,注射了CD5/LNP-Cre的动物的CD3+T细胞(CD4+和CD8+亚群)中发现了基因重组(ZsGreen表达)的证据,但在CD3– (非T)细胞中或注射IgG/LNP-Cre的小鼠中几乎没有Cre重组酶活性的证据。之后,研究人员进一步探究了靶向LNP是否可以将FAPCAR mRNA(CD5/LNP-FAPCAR)递送至已建立的高血压小鼠心脏损伤和纤维化模型的T细胞中。


LNP注射后48小时,研究结果显示,仅在接受CD5/LNP-FAPCAR的小鼠中有相对稳定的FAPCAR+T细胞群(17.5-24.7%)。相比之下,非靶向(IgG/LNP-FAPCAR)和含有GFP的靶向LNP(CD5/LNP-GFP)不产生FAPCAR T细胞。此外,研究人员没有在脾B细胞或自然杀伤细胞中观察到显著的FAPCAR表达。注射后1周在脾T细胞中未发现FAPCAR的表达,表明该模型中FAPCAR表达的瞬时性质。


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CD5靶向的LNP在体内产生基于mRNA的FAPCAR T细胞(图源:Science)

 

研究人员接下来评估了CD5/LNP-FAPCAR治疗是否能够改善受伤小鼠的心脏功能。为了测试这一点,研究人员在通过28天渗透微型泵输送AngII/PE的小鼠中诱导了心脏损伤,当小鼠纤维化明显时,静脉注射10 μg LNP。研究结果显示,体内产生的瞬时FAPCAR T细胞治疗的受伤小鼠的功能显着改善,这与之前使用过继转移的病毒FAPCAR T细胞的研究一致。同样与之前的研究一致,体重标准化的LV质量(在M模式下估计)在CD5/LNP-FAPCAR注射后没有显示出统计学上的显著差异,尽管注意到与对照受伤小鼠相比有改善的趋势。


此外,左室舒张功能(E / eʹ)恢复到未受伤的水平。研究人员通过射血分数和整体纵向应变测量,显示左室收缩功能也显著改善。研究人员通过用picrosirius red染色评估的组织学分析显示,用CD5/LNP-FAPCAR治疗的小鼠与用盐水或IgG/LNP-FAPCAR对照治疗的小鼠相比,细胞外基质的总负荷显著改善。因此,CD5/LNP-FAPCAR治疗可改善功能并减少间质纤维化。


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小鼠体内产生瞬时FAPCAR T细胞可改善损伤后的心脏功能(图源:Science)

 

总之,在这项新研究中,研究人员设计了一种mRNA,并将mRNA封装在纳米颗粒LNP中,注射到小鼠体内,封装的mRNA分子被T细胞吸收,有效地重新编程T细胞以攻击活化的成纤维细胞。然而,这种重新编程是非常瞬时的。mRNA没有整合到T细胞DNA中,在T细胞内仅存活几天之后T细胞恢复正常,不再靶向成纤维细胞。更重要的是研究人员发现,尽管活动持续时间很短,但注射mRNA成功地重新编程了大量小鼠T细胞,导致动物的心脏纤维化显著减少,并恢复了正常的心脏大小和功能。


“纤维化是许多严重疾病的基础,包括心力衰竭、肝病和肾衰竭,这项技术可能会成为一种可应用的、负担得起的方法来解决巨大的医疗负担”,佩雷尔曼医学院资深研究人员Epstein说,“但该技术最大的突破贡献是能够为特定的临床应用设计T细胞,而无需将它们从患者体内取出。”


该研究的共同作者Weissman医学博士兴奋的表示,标准CAR-T细胞技术涉及在体外修改患者的T细胞,这对于常见疾病或在较不富裕的国家使用来说是极其昂贵且难以应用的。但是在体内制造功能性CAR-T细胞将极大地拓展了 mRNA/LNP平台的应用前景。研究人员正在继续测试这种基于mRNA的瞬时CAR-T细胞技术,希望最终能够开展临床试验。



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