Nature Biomedical Engineering：为CAR-T装备“盔甲”，消灭实体瘤不是梦！
2019-12-13 Blake 转化医学网
近日，弗雷德·哈钦森癌症研究中心一项研究表明，在卵巢癌的临床前模型中，包埋于镍钛薄膜的CAR-T细胞可以缩小肿瘤，有望摆脱CAR-T细胞治疗实体瘤的困境。该研究成果发表在近日的《Nature Biomedical Engineering》杂志上。
2017年，美国FDA批准了诺华和凯特的两款靶向CD19的CAR-T细胞疗法，给许多白血病和淋巴瘤患者带来了希望。然而，对于实体瘤，CAR-T一直没有突破。12月5日，诺华宣告暂时放弃CAR-T治疗实体瘤的技术开发，侧面反映了其困难重重。
实体瘤区别血液瘤的一个关键是其微环境。CAR-T细胞静脉注射后，很难进入到肿瘤组织并大量扩增。近日，弗雷德·哈钦森癌症研究中心一项研究表明，在卵巢癌的临床前模型中，包埋于镍钛薄膜的CAR-T细胞可以缩小肿瘤，有望摆脱CAR-T细胞治疗实体瘤的困境。该研究成果发表在近日的《Nature Biomedical Engineering》杂志上。
血液瘤约占癌症比例的10%，实体瘤占比90%。“CAR-T之父”Carl H. June曾预测，在5年之内，CAR-T疗法可治愈所有的血液肿瘤。而对于实体瘤，由于缺乏理想靶抗原、肿瘤微环境、异质性等原因，一直没有突破性进展。
对于实体瘤，静脉注射CAR-T细胞后，CAR-T细胞很难进入肿瘤组织中，即使是进入肿瘤组织的CAR-T细胞，也因为肿瘤微环境中免疫抑制因子、营养失衡等因素难以增殖并发挥杀伤功能。在该研究中，研究人员将CAR-T细胞包埋于镍钛薄膜中，在小鼠模型中，可消除70%肿瘤，并可使CAR-T细胞扩增232倍。该研究成果为细胞疗法有效对抗实体瘤迈出了重要一步。
包埋有CAR-T细胞的镍钛合金示意图。左侧为片状薄膜，在该研究中用于实体瘤治疗；右侧为管状支架，在该研究中用于肿瘤支架
该镍钛薄膜厚度为10μm，采用纤维蛋白凝胶进行包被。由于细胞毒性T细胞表达纤维蛋白整合素，CAR-T细胞可快速迁移至纤维蛋白凝胶中。同时，纤维蛋白凝胶中添加有CD3、CD28和CD137抗体，可促进CAR-T细胞的快速扩增。
在小鼠卵巢癌肿瘤模型中，研究人员 将靶向肿瘤抗原ROR1的CAR-T细胞包埋于上述镍钛薄膜中，并植入被卵巢癌细胞侵袭的小鼠隔膜处。在第20天，70%的小鼠肿瘤已经完全消失。
小鼠卵巢癌肿瘤模型的癌细胞生物发光成像。左图为未经T细胞治疗的对照，右图为包埋未经修饰的T细胞的镍钛薄膜对照，中间3组处理方式分别为静脉注射CAR-T细胞、瘤内注射CAR-T细胞、包埋于镍钛薄膜的CAR-T细胞
而且，对T细胞的生物发光成像表明，包埋于镍钛薄膜中的CAR-T在肿瘤部位出现明显的扩增，是静脉注射的500多倍，是瘤内注射的800多倍。
小鼠卵巢癌肿瘤模型的CAR-T细胞生物发光成像。左图为未经T细胞治疗的对照，右侧3组分别为静脉注射CAR-T细胞、瘤内注射CAR-T细胞、包埋于镍钛薄膜的CAR-T细胞
镍钛合金是一种形状记忆合金，具有很好的生物相容性，已应用于骨折后修复、牙齿矫正、动脉支架、肿瘤支架等。利用磁控溅射技术可以制备出复杂的、高结构分辨率的镍钛薄膜。一些晚期癌症会压迫血管、消化道、呼吸道，临床上对于这种恶性梗阻的治疗方法通常的采用镍钛合金支架。然而，在植入体内后，由于肿瘤侵袭，会导致再次阻塞。
在该研究中，研究人员发现，用包埋有CAR-T细胞的镍钛管状薄膜可阻止肿瘤生长，避免发生阻塞。因此，这种方法在肿瘤支架中有很好的应用前景。不过，这种方法还需要更多临床试验的验证，以评估其安全性和适用范围。
与传统细胞递送技术相比，这种CAR-T细胞递送方法对于实体瘤的细胞治疗很有优势。由于这种镍钛薄膜具有高度可定制性(比如三维支架)，因此可以通过专门的设计来提高肿瘤治疗效果。
可定制的高精度镍钛薄膜
聚合物支架的结构和孔径大小具有一定的随机性，而这种镍钛薄膜的结构和孔径是高精度的，这就为准确预测CAR-T细胞迁移和释放提供了可能，也提高了结果的可重复性。另外，该薄膜厚度仅为10μm，1平方厘米可递送7.9 × 106 个细胞，避免了褐藻酸盐支架、水性凝胶等过厚导致的氧气和营养物质交换问题。而且，添加的CD3、CD28和CD137抗体对CAR-T细胞的效果与相应的抗体磁珠效果类似。
总之，该研究设计的这种镍钛薄膜是一个高度灵活的系统，对免疫细胞杀伤肿瘤具有定位和支撑功能。通过对结构、形状、细胞因子等因素的设计，可用于多种实体瘤的细胞治疗。
原始出处：
Michael E. Coon, Sirkka B. Stephan, Vikas Gupta, et.al. Nitinol thin films functionalized with CAR-T cells for the treatment of solid tumours. Nature Biomedical Engineering 09 December 2019
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