斯坦福工程師研發(fā)新方法可增強(qiáng)癌癥治療
工程師開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的遞送方法，可以增強(qiáng)有前景的癌癥治療。
今天，一項(xiàng)令研究人員興奮的尖端癌癥治療包括收集和重新編程患者的 T 細(xì)胞（一組特殊的免疫細(xì)胞），然后將它們放回體內(nèi)，以準(zhǔn)備檢測(cè)和破壞癌細(xì)胞。雖然對(duì)白血病等廣泛的血癌有效，但這種方法很少能成功治療實(shí)體瘤。
現(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的工程師已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種遞送方法，可以增強(qiáng)被稱為嵌合抗原受體 (CAR) T 細(xì)胞的修飾免疫細(xì)胞的“攻擊力”。研究人員將 CAR-T 細(xì)胞和專門(mén)的信號(hào)蛋白添加到水凝膠（一種與生物組織具有共同特征的充滿水的凝膠）中，并將該物質(zhì)注射到腫瘤旁邊。根據(jù)2022 年 4 月 8 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)新研究，這種凝膠在體內(nèi)提供了一個(gè)臨時(shí)環(huán)境，免疫細(xì)胞可以在其中增殖和激活以準(zhǔn)備對(duì)抗癌細(xì)胞。這種凝膠就像一個(gè)漏水的握筆，可以泵出激活的 CAR-T 細(xì)胞，隨著時(shí)間的推移持續(xù)攻擊腫瘤。
如該演示所示，水凝膠可以很容易地通過(guò)針頭注射，然后在注射后迅速自我修復(fù)，形成固體狀凝膠。這張圖片中的針頭是 21 號(hào)針頭，與人體注射的相關(guān)尺寸。圖片來(lái)源：Abigail K. Grosskopf
“很多 CAR-T 細(xì)胞領(lǐng)域都專注于如何自己制造更好的細(xì)胞，但很少關(guān)注如何使細(xì)胞在體內(nèi)更有效，”材料科學(xué)和材料科學(xué)助理教授 Eric Appel 說(shuō)。斯坦福大學(xué)工程學(xué)和該論文的高級(jí)作者?！八晕覀兯龅耐耆菍?duì)所有設(shè)計(jì)更好細(xì)胞的努力的補(bǔ)充。”
凝聚在一起
目前，靜脈內(nèi) (IV) 輸注是 CAR-T 細(xì)胞的主要給藥方式。在這種方法中，細(xì)胞進(jìn)入血液并流經(jīng)全身。但是這種方法對(duì)于治療實(shí)體瘤并不理想，實(shí)體瘤通常很密集，存在于特定位置，并且具有隱藏和抵御免疫細(xì)胞的防御能力。
“這有點(diǎn)像一個(gè)充滿可怕事物的戰(zhàn)場(chǎng)，試圖對(duì)抗這些 T 細(xì)胞，”化學(xué)工程博士生、該研究的主要作者 Abigail Grosskopf 說(shuō)?！耙虼?，CAR-T 細(xì)胞很難滲透以攻擊該腫瘤。”
為了足夠強(qiáng)烈地激活 CAR-T 細(xì)胞以根除腫瘤，這些細(xì)胞必須長(zhǎng)時(shí)間暴露于高濃度的特殊信號(hào)蛋白。這些被稱為細(xì)胞因子的蛋白質(zhì)告訴工程免疫細(xì)胞快速?gòu)?fù)制并準(zhǔn)備摧毀腫瘤。然而，如果通過(guò)靜脈滴注全身給藥，發(fā)動(dòng)有效攻擊所需的細(xì)胞因子數(shù)量將對(duì)身體的其他部位產(chǎn)生毒性。
相反，Grosskopf 和她的同事創(chuàng)造了一種凝膠，可以在腫瘤附近暫時(shí)容納細(xì)胞因子和 CAR-T 細(xì)胞。免疫細(xì)胞在體內(nèi)生長(zhǎng)和增殖，并不斷釋放以轟擊癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。
這種凝膠由水和兩種成分制成：一種由纖維素制成的聚合物，一種在植物中發(fā)現(xiàn)的材料和可生物降解的納米顆粒。當(dāng)結(jié)合起來(lái)時(shí)，這兩種成分就像分子魔術(shù)貼一樣結(jié)合在一起——它們想粘在一起，但很容易被撬開(kāi)。
“這種材料可以通過(guò)小針頭注射，”格羅斯科普夫說(shuō)?！叭欢?，在注入后，‘魔術(shù)貼’會(huì)再次出現(xiàn)并重新形成堅(jiān)固的凝膠結(jié)構(gòu)?！?/p>
凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)編織得足夠緊密，以防止微小的細(xì)胞因子滑出。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)的連接足夠弱，以至于 CAR-T 細(xì)胞可以破壞它們并在準(zhǔn)備好殺死癌細(xì)胞時(shí)自由擺動(dòng)。
治療小鼠的腫瘤
在確定了提供癌癥治療的最佳凝膠配方后，研究小組將其方法用于患有腫瘤的小鼠身上進(jìn)行測(cè)試。
Grosskopf 發(fā)現(xiàn)所有注射了含有 CAR-T 細(xì)胞和細(xì)胞因子的凝膠的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在 12 天后都沒(méi)有癌癥。她和她的同事還嘗試在凝膠中僅提供 CAR-T 細(xì)胞，但在一些小鼠中腫瘤消失得更慢或根本沒(méi)有。通過(guò)靜脈滴注或鹽水而不是凝膠進(jìn)行的治療對(duì)腫瘤的效果更差。
此外，凝膠不會(huì)在小鼠體內(nèi)引起不良炎癥反應(yīng)，并在幾周內(nèi)在體內(nèi)完全降解。
該團(tuán)隊(duì)還嘗試將凝膠治療注射到離腫瘤更遠(yuǎn)的地方——在小鼠身體與癌細(xì)胞生長(zhǎng)的另一側(cè)。令所有人驚訝的是，所有動(dòng)物的腫瘤仍然消失了，盡管它所用的時(shí)間大約是在腫瘤附近添加治療時(shí)的兩倍。
“我們?cè)u(píng)估的主要是可以在旁邊注射的腫瘤。但不幸的是，我們?nèi)匀粺o(wú)法到達(dá)身體的所有組織，”Appel 說(shuō)?！斑@種遠(yuǎn)離腫瘤注射的能力確實(shí)為治療任何數(shù)量的實(shí)體瘤打開(kāi)了大門(mén)?！?/p>
Appel 說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)室的下一組實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步探索凝膠遞送方法治療遠(yuǎn)處腫瘤的能力。
總體而言，這項(xiàng)研究提出了一種簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)改善有前途的癌癥治療方法。
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Grosskopf 說(shuō)：“我認(rèn)為我們的凝膠的一大好處是它們很容易制作：你混合兩種東西，然后注射。??” “我們需要做更多的臨床前工作，但我認(rèn)為這有很多希望?！?/p>