体外免疫细胞治疗方法无论是自体还是异体细胞,都涉及到细胞的分离保存回输等步骤,因此将面临制备时间长、储存及运输不便、价格相对高昂等问题。而这一问题的终极办法应该是直接在患者体内进行T细胞改造及扩增,让其带CAR去攻击肿瘤细胞,从而不需要在体外制备细胞再回输至患者体内才能进行治疗。In Vivo CAR将细胞治疗的工艺进一步简化,让细胞药物变得即时可用,有潜力成为颠覆现有细胞治疗的下一代技术。 In Vivo CAR的研发有两个核心难点,一个在于如何将Car特异性的传导到体内免疫细胞,也即是细胞传递工作能否高效进行。另一个则在于传导Car后的免疫细胞如何保持可扩增性和持久性。 几乎每一种人类疾病都起源于细胞。然而,唯一容易进入细胞质的治疗药物是小分子。小分子从早期就成为现代制药工业的基础,但它们的相对简单意味着它们无法永久治愈或逆转大多数疾病。相反,蛋白质和核酸是提供戏剧性治疗结果的复杂分子,其在基因编辑、基因治疗、RNA干扰和mRNA等治疗领域的突破目前已经证明。但是,蛋白质和核酸疗法很难达到细胞内的目标。因此,我们希望有一种方法能结合蛋白质和核酸药物的治疗能力和小分子药物的递送范围。为了实现这一目标,我们需要在细胞内传递方面取得突破。 ▲ 细胞内物质传递示意图 目前,细胞内传递面临两个基本挑战:第一,在体内所有细胞类型中寻找特定的靶细胞类型;第二,有效克服在疏水细胞膜上沉积亲水有效载荷分子的热力学障碍。如今,细胞内传输技术与2010年的情况大相径庭。以目前最热门的mRNA为例,大多数细胞内传递方法都是基于合成化学衍生的阳离子和可电离脂质纳米颗粒。这些纳米粒子瞬间将细胞的内小体打开,以便将它们的货物释放到细胞的细胞质中。但是,尽管在这一行业已进行了几十年的研究,但这一方法仍尚未实现高细胞特异性或有效的细胞质交付。这是因为脂质纳米颗粒几乎不分青红皂白地被数量有限的高内吞细胞(例如巨噬细胞)所吞噬,因此只能释放大约1%的核酸。 现在,研究这个赛道的公司主要有两家:首轮融资7亿美元,目前估值24亿美元的明星公司Sana Biotechnology,以及2021年6月刚完成B轮2.1亿美元融资的Umoja Bio。目前,这一新兴行业刚刚起步,这两家使用了不同的细胞传递技术,并且在如何保持细胞功能性和持久性方面各有其特色方案。
Sana Biotechnology (融合素技术)
Sana发现胞内转运是由一种独特的膜蛋白(称为融合素)来实现的。这些融合素存在于膜囊泡和包膜病毒表面,这些病毒与目标细胞结合并融合,将其有效载荷传递到细胞质中。融合素对生命至关重要:2013年诺贝尔奖的颁发,是因为它揭示了融合素在细胞内生物学中的关键作用,即小泡以编程方式相互融合,从而使整个生物分子序列能够特异、有效地进入细胞的另一个膜封闭区域。 ▲ Sana 融合素技术 因此,Sana 通过融合素 / 脂质体联合体(fusosome)特异性地将 CAR 递送到患者体内细胞里面,即将患者身体作为生物反应器来制造 CAR-T 细胞疗法,从而解决当前 CAR-T 细胞复杂的制造流程。对于T细胞,靶向CD8的融合素显示出细胞特异性的选择性和高效的体外和体内基因转导,导致明显的剂量依赖性体内肿瘤根除。对肝细胞而言,肝细胞靶向融合素在工程细胞系和人肝细胞中都表现出对肝细胞表面蛋白的特异性和高效的转导。融合素靶向载体在体内高效和细胞特异性传递基因的潜力可以为未来多种疾病的基因治疗打开新途径。
Umoja Bio(慢病毒载体技术)
Umoja的核心产品UV-VV100是通过慢病毒转导在体内进行基因工程的自体T细胞,使用VivoVec药物递送平台,共表达CD19特异性嵌合抗原受体(CAR)和一种新型雷帕霉素激活的细胞因子受体(RACR)。 据Umoja官网显示,该技术平台有三个核心组件:VivoVec 平台、RACR / CAR 控制系统和 TumorTag 靶向技术。 ▲ Umoja 技术平台示意图 VivoVec是一个体内递送平台,可以通过慢病毒转染患者体内的T细胞,经过人体淋巴系统生成表达嵌合抗原受体(CAR)的CAR-T细胞,即VivoCAR-T细胞,以增强患者免疫力。 RACR/CAR是一种针对合成受体有效载荷架构的控制系统,可以有效控制 VivoCAR-T 细胞的扩增和活性。其可以通过在CAR-T细胞表面同时表达雷帕霉素激活细胞因子受体(RACR),让成功转染的CAR-T细胞的增殖可以受到外来药物的控制,这样医生就通过使用 FDA 批准的药物如雷帕霉素等免疫抑制剂来精准调节VivoCAR-T 细胞的活性。 而TumorTag靶向技术可以对肿瘤细胞进行“标签化”。贴上 “标签” 后的肿瘤细胞可以与 VivoCAR-T 细胞进行结合,从而让 VivoCAR-T 细胞精准靶向并杀伤癌细胞,避免肿瘤免疫逃逸。
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总结
目前,CAR-T细胞治疗是免疫肿瘤学中最活跃的研究领域。国内外都正在进行诸多临床试验和临床前研究,以扩大CAR-T细胞的治疗应用。但如前所述,CAR-T细胞的产生是一个涉及细胞治疗、基因治疗和免疫治疗的复合系统。这种复杂的CAR-T细胞生成程序阻碍了它的广泛应用。 科学家们正在制定不同策略试图来产生同种异体CAR-T细胞,包括T细胞的基因组编辑,依赖于纳米粒子的注入的T细胞体内工程,以及涉及慢病毒的策略,使用替代效应细胞(NK细胞、γδT细胞和巨噬细胞),供体来源的同种异体CAR-T细胞和非同种反应性T细胞以及拆分、通用和可编程的CAR系统等等。所有这些方法都有其优点和缺点, NK细胞作为天然的同种异体细胞,我们相信其将很有希望解决现有通用CAR-T细胞开发难、制备贵的问题,使免疫细胞治疗更简单、更便宜。 而下一代的免疫细胞治疗技术,基于体内细胞工程技术的In Vivo Car,国内外也都已经开始进入研究发展的快阶段。我们相信这一新技术的出现将进一步克服上述障碍,大大简化临床环境中基于细胞的治疗的制造过程,使基因工程细胞治疗更便宜、更有效,把目前复杂的、个性化的免疫细胞治疗转变为广泛适用的产品。 我们欣喜地看到,不停涌现的这些新技术,在不远的未来很有希望让我们的免疫细胞疗法变得更为价格亲民,触手可及,普惠大众。我们也很期待,能有更多的新机制、新靶点被挖掘和发现,更够让免疫细胞治疗更好的用于实体瘤治疗,给癌症治疗带来新的曙光! *参考文章:
Fate如何掌握命运?CAR-NK赛道解析
CAR-NK疗法技术与研发现状
ASCO | 过半患者获得完全缓解,“即用型”NK细胞疗法早期临床结果积极
CAR-NK细胞疗法的研究进展与挑战
In Vivo CAR-颠覆细胞治疗的下一代技术-Sana、Ixata、Umoja、以及宾大的技术路线