CAR-T细胞疗法对于治疗以前无法治疗的血癌来说是一场游戏规则的改变。然而，许多患者对这些疗法的反应仍然不佳，因此需要新的方法。研究人员现在创造了一种名为’T细胞增强支架’（TES）的生物可降解支架材料，可以在皮肤下注射，以增强CAR-T细胞的效果。这种干预在减少肿瘤生长和延长侵袭性小鼠淋巴瘤模型中的生存期方面显示出良好的效果。
CAR-T细胞疗法正在彻底改变以前无法治疗的血癌的治疗方式。超过20,000人接受了六种已获批的CAR-T产品，目前有超过500个临床试验正在进行。然而，马萨诸塞州总医院的一项最新研究发现，在接受CAR-T细胞疗法的100名淋巴瘤、多发性骨髓瘤或B细胞急性淋巴细胞白血病患者中，只有24%经历了部分反应，20%根本未作出反应。这些成功率对于接受CAR-T疗法的患者来说是典型的。
CAR-T细胞是由患者自身的免疫T细胞制成的。科学家们向细胞引入“嵌合抗原受体”，使其能够找到并摧毁特定的癌细胞。在体外经过高成本的工程和增殖后，这些细胞作为活的治疗方法被返回给患者。肿瘤学家认为，治疗结果的不理想可能是由多种因素造成的，例如给予患者的CAR-T细胞产品质量低，或者细胞在患者体内停留时间不足或变得疲惫。CAR-T细胞在对抗肿瘤方面存在局限性，因此迫切需要新的治疗方法来提高其质量和有效性。哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和哈佛约翰A.保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的一组研究团队创造了一种可以在皮肤下注射的生物可降解支架材料，以在CAR-T细胞给药后重新刺激这些细胞，增强它们的治疗潜力。这项干预旨在解决CAR-T细胞的不足之处，并提高其疗效。研究小组的“T细胞增强支架”（TES）在抑制肿瘤生长和延长接受非治愈剂量CAR-T细胞治疗的小鼠生存方面显示出了显著的有效性。TES增加了血液循环中的CAR-T细胞数量，并引导它们向肿瘤杀伤T细胞亚型分化，从而改善了治疗效果。该研究的结果发表在《自然生物医学工程》上。研究人员认为，尽管他们的策略需要针对人类的需求和环境进行调整，但它有潜力提供一个安全简单的解决方案。“这项研究为增强在反应差的患者中CAR-T细胞疗法提供了一条新途径，”领导该研究的Wyss研究所创始教员David Mooney博士解释道。“它还可能通过将部分过程整合到患者体内，从而简化复杂且昂贵的CAR-T细胞制造过程。”Mooney也是SEAS的Robert P. Pinkas家族生物工程教授。
已经开发出多种刺激CAR-T细胞的方法，不仅引入CAR受体，还对患者的T细胞进行其他基因修饰，以改善其治疗效果，或针对免疫系统其他成分以支持CAR-T细胞攻击肿瘤细胞（细胞外在）。然而，这些方法带来了新的挑战，例如在CAR-T细胞生产过程中对细胞的更复杂操作，以及在细胞内在方法的情况下对细胞行为的控制，或者在细胞外在方法的情况下对身体造成的意外副作用。
在皮肤下创造人工淋巴结
“此前，我们的团队开发了生物材料支架，使T细胞能够在培养皿中扩展进行免疫治疗，通过模仿抗原呈递细胞（APC）通常在淋巴结中通过向T细胞呈递肿瘤抗原来改变T细胞。我们认为这个想法也可以用来有效刺激体内的CAR-T细胞。TES本质上可以充当伪-淋巴结，”共同第一作者David Zhang表示，他在Mooney的团队工作时获得了博士学位。
TES生物材料支架由小型生物可降解介孔二氧化硅棒（MSRs）构成，当注射到皮肤下时形成三维、细胞可通透的支架结构，并通过微小血管与血液循环相连。微小血管中的TES含有一种溶解分子，称为白细胞介素-2（IL-2），它持续释放并鼓励T细胞从血液中进入TES后增殖。此外，MSRs具有双层脂质，模仿T细胞在淋巴结中所遇到的APC的外细胞膜。该脂质层以类似于APC呈递的肿瘤抗原刺激T细胞表面T细胞受体的方式，呈递两种抗体分子，抗-CD3和抗-CD28。这促使CAR-T细胞数量增加并分化。
研究人员发现了一种将工程化T细胞转化为能够杀死肿瘤的T细胞的方法。他们发现TES中抗-CD3：抗-CD28抗体和数量的最佳组合，以招募最多的培养CAR-T细胞并将其转变为具有杀死肿瘤细胞能力的“效应T细胞”。当注射到小鼠皮肤下时，TES与动物的血管相连，并持续作为血管化小结在三周以上的时间内可见。在多孔网络中，超过60%的细胞是中性粒细胞，这是一部分免疫系统对感染的初步防御的关键白细胞。肿瘤环境中的大多数免疫细胞是T细胞，它们负责对肿瘤细胞或病原体的延迟和更特异的靶向。研究人员认为，TES支架通过引起轻微的炎症促进血管生成和吸引特定类型的免疫细胞。曾在Mooney团队中做博士后研究的Joshua Brockman博士，现在是威斯康星大学麦迪逊分校助理教授，他表示，“支架在积极招募免疫细胞方面的作用，除了通过TES的被动迁移。”注射的支架在不同时间间隔被移除，并与CAR-T细胞培养。研究小组使用人类Burkitt淋巴瘤的小鼠临床相关模型，该病是一种由B细胞变为癌细胞并影响多脏器的血癌，以测试TES作为疗法增强剂的潜力。他们向小鼠注射人类淋巴瘤细胞，然后给予与这种肿瘤相对照的CAR-T细胞的治愈剂量，然后在动物皮肤下注入TES。结果发现，TES能够在注射后至少刺激CAR-T细胞七天，测量细胞的激活水平得出了这个结论。重要的是，TES包含了全面的IL-2。抗-CD3和抗-CD28的因素使循环CAR-T细胞的数量相比没有这些因子的TES增加了五倍以上。这些CAR-T细胞也显示出增强的杀肿瘤能力。即使在使用低剂量CAR-T细胞时，这些低剂量不够完全治愈癌症，但细胞仍然增殖。
据Zhang表示，TES将CAR-T细胞吸收到其多孔结构中，导致增殖、激活和分化的增加。这最终使CAR-T细胞能够进入血液并有效地进行肿瘤杀伤功能。这一发现具有重要意义，因为它表明TES可以在增强CAR-T细胞疗法的有效性方面发挥关键作用。
在实验中，给予CAR-T细胞和TES不良剂量的小鼠淋巴瘤很快因癌症而死亡。另一方面，注射了CAR-T细胞和完全功能TES的动物存活时间更长。
Brockman表示，侵袭性淋巴瘤小鼠模型是一种很好的概念验证方式。然而，这种模型代表着需要大量细胞毒性T细胞潜能进行治疗的晚期癌症患者。为了使TES更适合人类患者，可能需要开发更加持久和平衡的方法，以改善CAR-T细胞记住肿瘤的能力。
Dave Mooney的研究团队进行的研究展示了利用工程技术复制在我们免疫系统抵抗癌症能力中起关键作用的多个细胞之间互动的潜力。Wyss研究所创始主任、哈佛医学院及波士顿儿童医院的血管生物学朱达·福克曼教授Donald Ingber博士表示，这项技术可能会显著影响尚未享受到CAR-T疗法全部好处的癌症患者的生活。
参与该研究的其他作者包括Kwasi Adu-Berchie、Yutong Liu、Yoav Binenbaum、Irene de Lázaro、Miguel Sobral及Rea Tresa。该研究获得了哈佛大学Wyss研究所、食品和药物管理局（奖项编号#5F01FD006589）和国家卫生研究院（奖项编号#1R01EB015498、#R01 CA276459和U01CA214369）的资助。
