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Nature子刊​:CAR-T攻克实体瘤又出新招,70%小鼠的肿瘤完全消除

发布日期:2019-12-18

2019年12月17日/医麦客 eMedClub/--嵌合抗原受体(CAR)T细胞在恶性血液肿瘤中展现出的强大实力,使其成为近年来最有前景的肿瘤免疫疗法。迄今为止,全球范围内已有两种靶向CD19的CAR-T疗法成功上市,用于治疗某些B细胞恶性肿瘤。

随着12月14日Kite Pharma宣布已向美国FDA递交KTE-X19(靶向CD19)治疗R/R套细胞淋巴瘤(MCL))的BLA,以及在刚结束的ASH2019年会上各研发企业和机构带来的各类CAR-T候选产品的积极临床结果,我们即将迎来第二批进入市场的CAR-T细胞产品。但无一例外的是,这些产品依然还是针对的血液肿瘤。


ASH2019:第二批CAR-T即将进入市场,双靶点的后续开发为其保驾护航丨医麦新观察


而事实上,根据2019年最新的全球癌症数据,全球范围内大约90%的癌症病例为实体肿瘤,但关于实体瘤的细胞治疗临床试验却很少。2019年发表在Nature Reviews Drug Discovery的一篇名为The global pipeline of cell therapiesfor cancer的综述的数据就显示,自1993年开始的所有细胞治疗试验中,只有一半是针对实体瘤,并且大部分集中于黑色素瘤、中枢神经系统肿瘤、以及肝癌上,而发病率较高的前列腺癌、乳腺癌、肺癌等都相对较少。



实体瘤和血液肿瘤的细胞治疗试验比较(图片来源:参考出处5)


一直以来,与血液肿瘤相比,实体瘤的抗原异质性,免疫抑制性微环境,以及厚实的细胞外基质等让细胞疗法难以有效发挥,因此成为细胞疗法治疗癌症的主战场。作为细胞疗法的主力军,CAR-T细胞疗法在当下全球范围内1011款已获批或正在研发的细胞疗法中占比超过了五成,共有568款,超过了剩余疗法(譬如TCR-T细胞疗法,肿瘤浸润淋巴细胞疗法等)类型的总和。


▲2018至2019年全球用于癌症的细胞疗法管线(图片来源:参考出处5)


另外,CAR-T细胞的临床试验中占主角的也仍然是血液肿瘤,并且CAR-T在血液学环境中的成功尚未转化为实体肿瘤环境中的显著水平的客观临床反应。但是,CAR-T攻克实体瘤的脚步从未停止过。截至2019年5月,在ClinicalTrials.gov注册的大约总共510个CAR-T临床试验中160个已完成或正在进行的CAR-T临床试验针对实体瘤,其中64%在I期,30%在I/II期,3%在II期,2%是长期随访,1%是回顾性研究。



针对实体瘤的CAR-T临床试验 (按靶点和阶段)(图片来源:BioDrugs)


国内,科济生物医药的靶向GPC3的CAR-T细胞产品于今年年初(1月24日)获得CDE批准临床试验,这是我国首个用于治疗实体瘤的CAR-T细胞药物


我们知道,对于实体肿瘤,经静脉注射的CAR-T细胞不仅难以进入肿瘤并以战胜癌症所需的数量与肿瘤结合,也难以在肿瘤病灶形成的不利微环境中生存。目前,开发克服免疫抑制性肿瘤环境肿瘤可及性和浸润性、以及优化CAR-T功能的方法和技术,是CAR-T领域提高实体肿瘤治疗水平的研究焦点


神奇金属薄膜,送CAR-T细胞直达实体瘤


近日(12月9日),Fred Hutchinson(弗雷德哈钦森) 癌症研究中心的Matthias Stephan团队在 Nature Biomedical Engineering 杂志上发表了一项题为“Nitinol thin films functionalized with CAR-T cells for the treatment of solid tumours”的研究,他们成功研制了一种可以将CAR-T细胞直接“空降”至肿瘤组织周围的金属网膜。



该研究成果首次表明,在卵巢癌小鼠临床前模型中,一块装载CAR-T细胞的金属薄膜能将CAR-T细胞直接“空降”至肿瘤组织周围,不仅让肿瘤组织中的CAR-T细胞密度与传统静脉注射相比增加232倍,还让70%小鼠的肿瘤完全消除


事实上,“空降”CAR-T的想法此前早已有研究团队尝试过,他们将CAR-T细胞植入水凝胶、纤维蛋白基质、细胞外基质等成分制成的支架中,直接植入到肿瘤周围,然而这些方法都没有取得成功。


此次研究中,Stephan团队选择了一种全新的载体——金属网膜。他们选择用于修复骨折、矫正牙齿和防止动脉阻塞的金属——镍钛,镍钛具有超弹性、不受磁共振成像诊断干扰等独特性能,已成为开发新型医疗器械如支架、神经血管分流器以及心脏瓣膜等的重要材料。然后通过磁控溅射技术(magnetron sputtering)制备出了结构分辨率高,生物相容性好、制作成本较为廉价的镍钛薄膜。


▲ 图片来源于:参考出处3


这种几近半透明的镍钛薄膜由Monarch Biosciences公司制作,可以安全地植入人体内,其厚度为10微米,大约比人的头发的平均厚度薄7倍。该公司也为这一项目提供了资金。


Stephan博士和他的同事们表示:“我们需要找到一种适合T细胞的薄膜图案结构。这种图案结构空间需要足够小,保证细胞不会落入缝隙之间,但也不要太小,这样会使T细胞感到太拥挤而无法移动。”在这个基础上,他们发现一个类似迷宫自上而下视图的直线图案结构最适合装载T细胞。



▲ 图片来源于:参考出处2


若要达到治疗肿瘤的目的,CAR-T细胞能透过薄膜移至肿瘤周围并且触发它们快速扩增是关键。因此,研究人员在镍钛薄膜上涂上了纤维蛋白和刺激分子(CD3、CD28和CD137)。该纤维蛋白是一种存在于血液中的纤维蛋白,为T细胞提供爬行需要的“手柄”,刺激分子则模拟T细胞接收的信号,使其快速扩增。


Stephan博士表示:“这不仅仅是一个被动的递送装置,还是一个释放平台,可以触发CAR-T细胞的扩增,从而克服肿瘤对免疫细胞的防御。”




▲ Matthias Stephan博士(图片来源于:参考出处3)


研究人员在这种薄膜中植入靶向卵巢癌细胞标志物ROR1的CAR-T细胞,将这些CAR-T细胞置于薄膜的两侧,它们随之被吸收到材料中。“这就像两边都涂上果酱的面包片。金属膜就是面包,我们把CAR-T细胞放在面包的两边,然后它们浸透到面包中间。”Stephan博士说。

然后,利用建立的卵巢癌实验室模型,研究人员将载有CAR-T细胞的薄膜植入肿瘤,CAR-T细胞移出薄膜并被吸引到肿瘤附近,在植入物的刺激下在肿瘤部位显著增殖。相比传统的静脉注射方式,通过薄膜植入的肿瘤组织中CAR-T细胞密度高了232倍。




▲ 图片来源于:参考出处1


并且,10天内,所有小鼠的肿瘤都消失了,在20天内,70%的小鼠保持无瘤状态,平均存活时间达80天,比未经治疗的对照组提高2.7倍。 同时,在实验过程中,这种金属薄膜安全可靠,周围的组织或器官也没有出现坏死。


▲ 图片来源于:参考出处1


虽然这项技术转化为临床应用还需要经过进一步实验研究,如果在更多的研究和临床试验中得以验证,未来或许只需要植入一小片金属薄片,就可以有效控制胰腺癌、乳腺癌等肿瘤的生长。同时,研究人员也正在尝试形成管状的薄膜浸透CAR-T细胞,用于导致气道或消化系统阻塞的癌症,如肺癌、胰腺癌或食管癌等。



▲ 图片来源于:参考出处2

近年来,科学家们已经做出了相当大的努力来开发新的方法来克服实体瘤障碍,并采用优化策略用于针对这些特定适应症的CAR-T疗法。我们期待着,越来越多的临床前/临床数据能拼凑成一幅完整的拼图,展示CAR-T治疗实体瘤的真实能力。


参考出处
1.https://www.nature.com/articles/s41551-019-0486-0
2.https://www.fredhutch.org/en/news/center-news/2019/12/stephan-thin-film-stent-immunotherapy.html
3.https://www.fredhutch.org/en/news/releases/2019/11/scientists-show-thin-metal-mesh-loaded-with-t-cells-shrinks-solid-tumors.html
4.https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40259-019-00368-z
5.doi: 10.1038/d41573-019-00090-z