改造 CAR-T 细胞作为抗癌药物的“微型工厂”

2023-02-17 23:55:30, hhl 美谷分子仪器（上海）有限公司

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来自美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心（SKI）的研究人员开发出一种新的 CAR-T 细胞，这些细胞不受 T 细胞衰竭的影响，并且可以化身 “药物工厂” ，在体内制造药物。相关研究结果《Engineering CAR-T Cells to Activate Small-Molecule Drugs in situ》于 2021 年 12 月发表在 Nature Chemical Biology 杂志上^[1]。

图 1 论文截图

肿瘤是一种异质性疾病，根据不同患者的患病原因，其治疗方法也不一样。CAR-T 疗法（嵌合抗原受体 T 细胞免疫疗法）是肿瘤治疗领域的一项重大突破，利用患者自身的免疫 T 细胞，通过基因工程技术，在体外写入能让免疫 T 细胞识别特定癌细胞的基因片段，从而激活局部细胞毒性免疫反应，最终达到治疗效果^[2]。随着 2017 年两款 CAR-T 药物被 FDA 批准，CAR-T 治疗正式从试验研究层面进入临床治疗层面。中国也在 2021 年迎来了第一款和第二款 CAR-T 细胞疗法的获批。在长期的数据统计中，CAR-T 细胞疗法展现出了良好的长期治疗效果。

标准的 CAR-T 细胞是在实验室中设计的，以识别癌细胞表面的特定标记物。当这些 CAR-T 细胞回输到患者体内时，它们会增殖并发起攻击，充当“活体药物”。

目前的 CAR-T 疗法仍存在一些局限性^[3]：

一

其一是靶标抗原的丢失。CAR-T 细胞疗法需要将癌细胞的特征性抗原给到 CAR-T 细胞，使得 CAR-T 细胞可以精准的靶向对应的癌细胞。常规的 CAR-T 细胞只能杀死含有它们提前设计好标记物的癌细胞，一旦癌细胞停止制造或丢失这种标记物，就可能导致治疗失败。

二

其二，在癌细胞微环境中，CAR-T 细胞可能“消耗殆尽”，甚至被癌细胞本身抑制，也可能导致治疗效果下降。

三

其三，CAR-T 疗法还受到抗原阴性肿瘤细胞的耐药性、肿瘤微环境中的免疫抑制、T 细胞衰竭等诸多阻碍。与血液性肿瘤相比，实体瘤来源于健康组织，尤其是健康上皮组织，所以很难找到一个只在肿瘤细胞中存在，而不在健康组织里表达的 CAR-T 靶点，这就使得 CAR-T 存在产生健康组织毒副作用的可能。尽管 CAR-T 在治疗血液性肿瘤方面很有用，但对于实体瘤的治疗效果欠佳。

为了克服这些障碍，科学家们开发出新的 CAR-T 细胞，被称为 SEAKER 细胞。SEAKER 是合成酶武装杀伤（Synthetic Enzyme-Armed Killer）细胞的缩写。之前的研究表明，使用 CAR-T 细胞来提供额外治疗药物（如抗体和细胞因子等免疫蛋白质）是可行的。由于人体细胞在正常情况下不能制造小分子药物，让 CAR-T 细胞产生一种小分子抗癌药物是比较困难的。与小分子药物相比，人类细胞非常擅长制造酶，所以科学家们将抗癌药物与另一种“掩盖”其功能的化学物质连接起来。然后，对 T 细胞进行基因改造，使其产生一种酶，将掩蔽分子从药物中去除。当药物的非活性版本（前药），被注射到血液中，它在全身循环，CAR-T 细胞产生的酶像剪刀一样，在肿瘤部位原位激活系统给药的小分子前体药物。

实验数据表明，这种全新的 CAR-T 细胞（SEAKER 细胞）保持了其固有的 CAR-T 细胞功能，同时也获得了激活相应小分子原药的能力。它们具有局部产生强效抗癌药物的能力，可以将药物直接输送到肿瘤上，杀死含有癌症标记物的肿瘤细胞。更关键的是，这种工程细胞即使在耗尽后也能产生药物，而且药物不会受到癌症的抑制。为了检测 SEAKER 细胞的实际抗肿瘤效果，科学家们进行了一系列实验，结果显示，在培养皿中生长的癌细胞和小鼠模型中，SEAKER 细胞在杀死癌细胞方面比常规的 CAR-T 细胞表现更好。

图2 改造 CAR-T 细胞作为抗癌药物的“微型工厂”

（来源：Nature Chemical Biology）

如果将 CAR-T 细胞改造作为“药物工厂”，可能为实体瘤患者带来新的治疗机遇。并且在面对更多的疾病包括癌症、自身免疫性疾病和感染时，CAR-T 细胞都有可能发挥出更好的作用。相信随着 CAR-T 细胞治疗技术的进一步发展，将会有更多的疾病获得治疗乃至于治愈。

这篇文章中研究人员使用 Molecular Devices SpectraMax 多功能微孔板读板机及具有强大的曲线拟合能力的分析数据软件 SoftMax Pro 进行多个实验的测定及分析，包括酶联免疫吸附试验（ELISA）、谷氨酸氧化酶以及细胞毒性检测等。SpectraMax 多功能微孔板读板机可以方便地将极低通量的检测优化为中高通量的检测，快速得出准确的检测结果，节约试剂。此外，在 SpectraMax 多功能微孔板读板机中可以实现多个模式下读取数据的检测，满足不同的实验需求。

参考文献：

[1]. Thomas J G, J. Peter L, Christopher M B, et al. Engineering CAR-T cells to activate small-molecule drugs in situ. Nature Chemical Biology, 2021, 18: 216-225.

[2]. Sadelain M, RiviSre, Isabelle, Riddell, Stanley. Therapeutic T cell engineering. Nature, 2017, 545: 423–431.

[3]. Brudno J N, Kochenderfer J N. Recent advances in CAR T-cell toxicity: Mechanisms, manifestations and management. Blood Reviews, 2019, 34: 45-55.

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