Nat Commun：在制造过程中对CAR-T细胞进行个性化刺激有望让个性化CAR-T细胞疗法成为现实

T细胞是免疫系统的天然猎手，在体内巡视外来的敌人。新的过继T细胞疗法指的是癌症患者身上提取出T细胞，在体外进行增殖和放大，然后再输回给相同患者。这类T细胞免疫疗法正在改变癌症患者的治疗前景。

自2017年嵌合抗原受体（CAR）-T细胞（CAR-T）被美国食品药品管理局（FDA）批准为第一种治疗白血病的改良细胞以来，已有五种类似产品被批准，超过2万人接受了这种引发治疗变革的免疫疗法。

CAR-T细胞被设计为携带合成的跨膜受体分子（CAR），利用CAR面向外部的部分与癌细胞上的抗原结合，而CAR面向内部的部分则通过启动强大的肿瘤细胞破坏程序作出反应。然而，并非所有患者对CAR-T细胞疗法的反应都一样好，癌症免疫学家一直在试图弄清楚是什么让它们运作良好或失败。

尽管对癌症患者的T细胞和健康人的T细胞之间的差异有了初步的了解，但在CAR-T细胞的制造过程中还没有考虑到这些见解。所有工艺都利用类似的T细胞特异性激动剂和常见免疫刺激细胞因子进行刺激，以产生可输注的CAR-T细胞产品，而没有考虑原始T细胞表型的变化。

如今，在一项新的研究中，哈佛大学怀斯生物启发工程研究所的David Mooney博士及其团队与丹娜法伯癌症研究所的Catherine Wu博士及其团队证实了在制造过程中对CAR-T细胞进行个性化刺激可以极大地增强所产生的CAR-T细胞产品的一致性和效力。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Enhancing CAR-T cell functionality in a patient-specific manner”。

通过使用人工抗原呈递细胞模拟支架（antigen-presenting cell mimicking scaffold, APC-ms），这些作者能够微调T细胞刺激的水平，以匹配从白血病患者那里获得的T细胞的表型，并显著增强它们在体外和体内的肿瘤清除能力。

Mooney说，“我们发现我们表明，由来自癌症患者的T细胞制成的CAR-T细胞产品通常不如来自健康人的CAR-T细胞产品的功能强。利用一种精确可控的密切模拟自然抗原呈递的生物材料方法将CAR-T细胞抗原刺激剂量与患者T细胞的表型相匹配，可以大大改善它们的功能。这种方法可能能进一步实现CAR-T细胞治疗的个性化，并消除目前T细胞制造中存在的不足。”

实现个性化CAR-T细胞疗法的关键

这些作者研究了他们从急性淋巴细胞白血病（ALL）和慢性淋巴细胞白血病（CLL）患者以及健康捐赠者的样本中分离出来的T细胞的表型。接下来，他们利用APC-ms为这些分离的T细胞提供不同剂量的抗CD3/抗CD28抗原刺激，从而构建出一种CAR-T细胞库。

图片来自Nature Communications, 2023, doi:10.1038/s41467-023-36126-7。

他们然后再次对这种CAR-T细胞库中包含的所有CAR-T细胞产品进行功能差异检测，包括它们在体外杀死癌细胞的能力。他们将他们的方法与CAR-T细胞制造中常用的方法---将刚性磁珠（Dynabeads）上的相同抗原呈递给T细胞---进行了直接比较。

一个关键的发现是，在CAR-T细胞制造过程中常用的抗原剂量下，癌症患者的T细胞比“健康”T细胞更容易受到过度刺激。这使它们失去了功能，或者像免疫学家们所说的那样变得更加“功能衰竭”，并降低了它们增殖的能力。CAR-T细胞不仅需要转变为一种功能性状态，而且还需要扩大数百万倍，以便能够消除整个身体的肿瘤细胞和转移瘤。

论文第一作者、Mooney实验室研究生David Zhang说，“通过探索APC-ms实现的精确、狭窄的刺激剂量范围，我们发现对于患者来源的T细胞来说，存在某种类似于个性化的‘甜蜜点’，可以最大限度地发挥功能和扩大，平均来说，这比通常的剂量要低。APC-ms方法的功能比Dynabeads要天然得多，因为高度可控的T细胞信号嵌入到脂质双分子层中，这使得CAR-T细胞能够推拉它们，就像T细胞通常在T细胞刺激处于最佳状态时穿过它们和抗原呈递细胞之间的‘免疫突触’那样。”

从体外研究到细胞制造

虽然这些作者没有观察到从ALL患者和CLL患者样本中构建的CAR-T细胞之间的任何明显差异，但总体而言，他们的方法产生了更多对肿瘤细胞具有高细胞毒性潜力的细胞，细胞毒性CD8+T细胞和支持它们功能的CD4+T细胞之间的比例更加平衡，以及更多本身不具有细胞毒性但可在以后反应中被激活的记忆T细胞。

在小鼠体内实验中，以不同刺激水平构建的可输注性CAR-T细胞产品也表现出明显不同的控制表达CD19的伯基特淋巴瘤的能力，在制造过程中再次以低于平常的水平刺激的CAR-T细胞表现出最强的细胞毒性潜力。

Wu说，“我们构建了一种概念验证模型，该模型基于T细胞血液样本的表型与其CAR-T细胞产品之间的可量化关系，并为个性化的CAR-T细胞输出一个最佳的T细胞刺激剂量。鉴于T细胞样本在细胞制造过程开始时总是携带重要的标志物，可以设计出类似的策略来使用APC-ms方法进一步实现个性化治疗。”

哈佛大学怀斯生物启发工程研究所创始主任Donald Ingber说，“怀斯生物启发工程研究所免疫材料平台的Mooney团队正在使用全新的工程和基于材料的方法推动CAR-T细胞和其他免疫疗法的发展。希望这最终能使我们也能调动免疫系统来对付尚无疗法的顽固性实体瘤。这也是少即是多的一个很好的例子。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

David K. Y. Zhang et al. Enhancing CAR-T cell functionality in a patient-specific manner. Nature Communications, 2023, doi:10.1038/s41467-023-36126-7.