CAR-T在肿瘤治疗过程中的作用

什么是CAR-T?

CAR-T(嵌合抗原受体T细胞免疫疗法)是一种用于临床试验的新型细胞疗法。 CAR是由细胞外结合结构域,跨膜区和细胞内信号激活结构域组成的合成物。 由scFv的轻链和重链组成的细胞外成分可以识别并与特定的肿瘤相关抗原结合。 铰链区始终源自CDB分子或IgG4分子,并连接细胞外和细胞内组件。 最后一部分由T细胞激活的CD2段组成。 第一代CAR载体仅具有CD3结构域。 除了CD3 Zeta结构外,第二,第三代还增加了1至2个共刺激域(CD28和4–1BB)。 所有这些组件通常都是通过伽马逆转录病毒或慢病毒插入的。

如上图所示,CAR的所有世代都由细胞外抗原结合结构域(总是源自scFv),铰链区,膜跨度结构域和其他细胞内结构域组成。 第一代CAR CD3 zeta是唯一的信号域。 第二代CAR增加了一个共刺激域,但是第三代CAR包含CD28和4–1BB两个共刺激信号域。

CAR-T如何发展?

CAR-T细胞疗法(CAR-T)的概念最早是在1980年代末提出的一种抗癌策略。 但是技术局限性使其无法转化为治疗B细胞白血病和淋巴瘤的临床成功疗法。 在这两种癌症中,实验性CAR-T细胞疗法在某些无法用其他所有标准疗法治疗的患者中获得成功。 如今,研究人员使用合成骨架来治疗患者。 结果表明,载有T细胞的骨骼可有效减少胰腺癌和黑色素瘤小鼠的肿瘤组织大小,其治疗效果高于单独的T细胞。 将癌症特异的T细胞与一些营养物质混合并封装起来,从而达到杀死肿瘤细胞的效果。 像所有技术一样,CAR-T技术也经历了漫长的发展过程,在此期间,CAR-T技术逐渐成熟。

CAR-T的作用机理是什么?

这种新治疗策略的关键是识别称为嵌合抗原受体的人工受体。 基因修饰后,患者的T细胞可以表达这种CAR。 在人类临床试验中,科学家通过透析从患者体内提取了许多T细胞,然后在实验室对其进行了基因修饰,并导入了编码该CAR的基因,以便这些T细胞可以表达这种新受体。 这些T细胞利用它们表达的CAR受体与靶细胞表面的分子结合,从而触发并连接内部信号,从而激活这些T细胞。 这些T细胞迅速破坏靶细胞。 但是,T细胞对环境要求严格,如果它们没有合适的营养物质和清除废物的方法,它们将在几天内死亡。

临床试验和病例

在临床上,我们发现肿瘤组织释放出一些自卫性化学物质,阻止了T细胞的正常功能。 斯蒂芬和其他人为解决这些问题设计了一个温馨的家。 粘性海绵状生物聚合物具有许多微孔,因此可以制成不同的尺寸和形状。 在与麻省理工学院的研究人员合作下,斯蒂芬将CAR-T细胞引入了框架,并注入了一些蛋白质来保持T细胞的活性。 当将混合物引入小鼠体内时,小鼠的肿瘤大小可能直线下降。

目前,准备CAR-T细胞通常需要数周的时间。 首先,有必要从患者体内提取T细胞并对其进行基因改造,然后在特殊的细胞加工设备中生长,然后将其注入患者体内。 纳米粒子携带编码靶向并消除癌症的嵌合抗原受体(CAR)的基因。 这些纳米颗粒还用附着于T细胞的分子标记,从而使T细胞吞噬了这些纳米颗粒。 然后,这些T细胞的内部转运系统将这些纳米粒子引导到细胞核中,纳米粒子将在那里溶解。 这些概念验证研究证实,这些纳米颗粒可以使免疫系统靶向癌细胞。

Stephan和他的团队设计了这些新的CAR基因,并将它们整合到核内含物的染色体中,使T细胞仅在一两天内即可开始翻译这些新的CAR基因并产生CAR受体。 在斯蒂芬研究小组确认其携带CAR基因的纳米颗粒已经完成了相当数量的T细胞遗传程序后,他们测试了它们的作用。 Stephan和他的同事使用临床前白血病的小鼠模型,将他们的纳米粒子编程策略与在实验室中被编程为表达CAR的T细胞进行了比较。 与这些灌注CAR-T细胞相比,这些纳米颗粒编程的CAR-T细胞并不逊色。 用纳米颗粒处理或灌注CAR-T细胞可使这些小鼠存活,从平均两周增加到平均58天。

西雅图弗雷德·哈钦森癌症研究中心的研究人员发现,接受实验性嵌合抗原受体(CAR)T细胞免疫疗法后,约70%的最常见成人白血病患者缩小或消失。 研究人员还发现,与标准的淋巴结扫描相比,从骨髓活检中提取的肿瘤细胞的遗传痕迹可能是更好的预后指标。

24名参与者的年龄从40岁到73岁不等,平均年龄为61岁。 他们平均接受了5种其他治疗,其中多达9种和至少3种。研究人员发现,当接受嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法的24名患者中有17名(71%)减少或消失。治疗后4周内用CT扫描测量淋巴结的大小。

有副作用,但在很大程度上它们可以消失。 其中两名患者有需要加护病房的副作用,一名死亡(Turtle早些时候在去年12月的美国血液学会年会上报告了该结果)。新论文扩展了用于证实T-car汽有效性的数据细胞疗法。

在仔细观察治疗后癌细胞的存在之后,研究小组分析了接受4周车载T细胞输注后从患者身上采集的骨髓样本。 研究小组使用了一种称为IGH深度测序的基因测试,该测试类似于条形码,可让研究人员追踪体内的癌细胞。 Turtle和他的合作者对12例无恶性细胞的患者进行了测序。 所有无恶性细胞的患者均接受了汽车T细胞滴注,并且平均存活6.6个月,无病。 研究人员发现,与CT扫描相比,车载T细胞治疗后骨髓中没有恶性基因序列,这是癌症位置的更好预测指标,被称为“无进展生存期”。这项研究首次表明,在用汽车T细胞疗法治疗四个星期后,使用深度测序可能是一种更好的预测方法。

发展前景

近年来,CAR-T免疫疗法除了用于治疗急性白血病和非霍奇金淋巴瘤外,还用于治疗实体瘤,自身免疫性疾病,HIV感染,移植排斥等疾病。

CAR-T具有更广阔的应用空间。 嵌合TCR分子在T细胞中的表达可以避免HLA的限制,特异性高,激活能力强。 它已成为最有前途的癌症治疗方法之一。 细胞免疫疗法在临床试验中显示出了广阔的前景,但是挑战在于使它们更加广泛地使用并迅速部署它们。 一种想法是从癌细胞的微环境开始。

首先,低氧和营养不良是肿瘤微环境的主要特征。 改变肿瘤微环境中的代谢成分是最大化CAR T细胞潜能的一种可能。 改变肿瘤微环境的另一种方法是通过促进内源性免疫反应的募集来增强CAR T细胞的抗肿瘤反应。 其次,肿瘤微环境发挥免疫抑制作用的主要机制是诱导表面抑制性受体,例如上调的细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA-4)和程序性细胞死亡-1(PD-1)。 免疫检查点阻断和CAR T细胞的组合是改善CAR T细胞患者临床结局的合理治疗策略。 实际上,微环境不仅形成阻止T细胞浸润到肿瘤块中的物理屏障,而且还通过上调抑制信号发挥免疫抑制作用。 已经开发出克服这些挑战的创新策略,例如阻断药物的CAR T细胞结合位点以及靶向肿瘤基质和免疫抑制分子,治疗方案和CAR T细胞的其他药物。

关于作者

BOC Sciences成立于2005年,最初是化学产品供应商,通过提供诸如免疫检查点抑制剂和各种Hsp90抑制剂等化学物质以及生物合成和碳水化合物合成等服务,越来越致力于帮助研究人员在药物发现和癌症免疫治疗领域取得更多成就。