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重塑肿瘤微环境!华人科学家开发的纳米颗粒能够显著提高CAR-T有效性,乳腺癌和脑瘤小鼠生存率翻倍丨医麦黑科技

· 医麦黑科技

2017年4月,来自顶级癌症研究中心Fred Hutch的Matthias Stephan博士:在CAR-T治疗历史上第一次实现了体内构建CAR-T细胞。当时,这项突破性研究发表在著名期刊《Nature Nanotechnology》上。

a.纳米颗粒的横截面:黄色分子有助于其粘附到T细胞上,橙色部分能将CAR基因携带到细胞核,灰色螺旋部分是CAR编码基因

b.携带CAR基因的纳米颗粒制作流程(图片来源 nature)

该团队将改造T细胞的纳米颗粒制成冻干粉,装在玻璃瓶内,使用时只需溶解注射。且一旦完成静脉注射,纳米颗粒就会与T细胞特异性结合(不会干扰其他的细胞)。之后把特异性识别癌细胞的CAR装在T细胞表面,使其成为CAR-T细胞特种兵。相比较于传统CAR-T,其抗癌效果同样显著,且治疗过程更温和、更简单,成本也很低。

这一次,Stephan和Fan Zhang博士(Stephan实验室的博士后研究员)又带来了一项基于纳米颗粒的CAR-T细胞治疗的突破性进展。在最近发表在《Cancer Research》期刊的一项研究中,该团队使用可生物降解的脂质体纳米颗粒成功将免疫调节药物直接递送给给实体瘤,同时为CAR-T细胞开辟了一个窗口,使其在乳腺癌和脑癌的临床前模型中更具治疗效果,生存率翻倍。

图文摘要:一图读懂最新研究进展

领导这项研究的Matthias Stephan博士说:“纳米粒子不应该取代传统的CAR-T细胞治疗。”相反,他设想“你可以使用这些纳米粒子对患者肿瘤进行预处理,以便T细胞在接下来的免疫治疗中更好地发挥抗癌作用。”

抑制性肿瘤微环境

相比较于血液肿瘤,实体瘤要复杂的多。比如:

其肿瘤微环境的抑制作用,通常会让CAR-T细胞“出师未捷身先死”

▪ 招募专门摧毁免疫系统的细胞(这些细胞不是集结免疫力量,而是将它们排除在任何协同攻击之外),使肿瘤保持安全

Stephan和论文第一作者Fan Zhang博士想要消除这种障碍,使肿瘤更容易受到T细胞的攻击,因此,他们设想了一种将免疫疗法集中于肿瘤本身的策略。

对肿瘤进行集中治疗

就其性质而言,实体瘤是特定器官或组织中的癌细胞团块。而通常采用的整个体内循环的药丸或静脉输液的治疗方案,会引起全身性的毒副反应,且增强全身免疫系统的药物也存在类似的问题。即全身给药的疗法既太弱又太强:肿瘤内部的免疫反应太弱,但身体其它部位的免疫反应太强。

对此,Stephan解释道:“如果采用静脉给药,到达肿瘤部位的治疗相关剂量就会大打折扣,同时还会对免疫系统造成系统性破坏,导致剂量限制的毒性。而在肿瘤集中治疗将会改变现状,增加肿瘤治疗的有效性,同时减少对其他部位的影响。

为了实现这一目标,Zhang和Stephan开始研究脂质体纳米颗粒,这是一种微小的基于脂肪的气泡,价格便宜,无毒,易于制造,同时还获得FDA批准用于携带其他抗癌药物,如乳腺癌化疗用药——阿霉素。

另外,Stephan和Zhang用两种药物装载纳米颗粒(PI3K抑制剂PI-3065和Alpha-GalCer激动剂7DW8-5),为CAR-T细胞治疗铺平道路。

其中一种药物是使T细胞停止攻击肿瘤的特殊细胞。第二种药物激活了一种免疫细胞,这种细胞不仅攻击癌细胞,而且还组织了一场更大的抗癌攻势。其是被称为alpha-GalCer的分子衍生物,先前已经在癌症治疗中进行过测试,但在系统地给药时,该药物导致的全身性炎症超过了其潜在的好处(两种药物一起使用并集中在肿瘤内,可以增强彼此的作用——以及CAR-T细胞的有效性)。

乳腺癌脑癌临床前测试

生存率翻倍

接下来,Zhang和Stephan在在乳腺癌临床前模型中测试了这种纳米颗粒是否具有改善CAR-T细胞治疗的作用。研究人员在三周内给予小鼠九个剂量的纳米颗粒,并在三周窗口的开始或结束时输注CAR-T细胞(研究人员发现了一个为期两周的治疗窗口,肿瘤可能处于最弱的状态)。

研究结果表明:

1)当输注没有纳米颗粒的工程化CAR-T细胞时,其对于乳腺癌的治疗几乎没有效果。

2)先接受CAR-T细胞输注,后接受纳米颗粒输注:可将存活时间提高17天,但不会治愈。

但是当该团队在输注CAR-T细胞前三周内给予九个剂量的纳米颗粒时,结果就非常显著。

3)在接受测试的8只小鼠中,4只的肿瘤都获得了清除。且另外四只小鼠的肿瘤都显著缩小,并且相比较于接受没有纳米颗粒的CAR-T细胞的小鼠,所有小鼠还经历了存活率翻倍。

此外,值得高兴的是,在脑癌模型中的类似实验中,小鼠的存活率也增加了一倍多。且这种创新性疗法的重复输注是安全的。

对细胞免疫疗法的普遍促进作用

最后,Stephan表示,其团队装入脂质体纳米载体的特定药物只是两个可能的例子,对于免疫系统的调节可以通过不同的药物组合实现。而将这一战略推向临床将需要一个有意愿生产脂质体的行业合作伙伴,并许可可能的药物选择用于其CAR T临床试验。

另外,虽然Stephan和Zhang用CAR-T细胞测试了这一策略,但这并不仅限于此用途。正在开发的其他类型的基于T细胞的免疫疗法,包括某些癌症疫苗和设计用于将T细胞与癌细胞连接的分子,类似的纳米颗粒都能够促进其在实体瘤中发挥更好的治疗效果。

参考出处:

https://www.fredhutch.org/en/news/center-news/2018/07/liposome-nanoparticles-tumors-vulnerable-immunotherapy.html

http://www.fredhutch.org/en/news/center-news/2018/05/nanoparticles-tackle-brain-tumors.html

https://stephanlab-fhcrc.squarespace.com/

DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-18-0306

DOI: 10.1038/nnano.2017.57

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