重磅：免疫治疗新突破！纳米技术让CAR-T疗法更简单｜奇点猛科技

2017年注定是CAR-T治疗里程碑式的一年。Novartis和Kite的CAR-T疗法上市申请都递交了，不出意外的话，今年CAR-T就会走上临床。已经处于优势地位的Novartis乘胜追击，先是CTL019再次获得「重大突破」称号[1]；近期，又与bluebird及Celyad达成合作协议，获得CAR-T相关专利使用权[2]。

时至今日，几乎已经听不到对CAR-T疗法的质疑了。大家现在最关心的是，这个治疗过程极其复杂的疗法究竟如何落地，让更多的普通患者受惠，毕竟一次治疗费用高达数十万美元，不是一般患者能承受的[3]。

来自Fred Hutchinson 癌症研究中心的Matthias Stephan博士另辟蹊径， 在CAR-T治疗历史上第一次实现在体内构建CAR-T细胞。 从理论上讲这种疗法不仅大大简化了CAR-T治疗的流程，降低了治疗风险，更重要的是这种方法会大大降低治疗成本，让CAR-T变得更亲民。上个月中旬，Stephan博士团队的这项研究刊登在著名期刊《自然 纳米技术》上[4]。

Matthias Stephan（图片来自Fred Hutch官网）

CAR-T治疗在取得可喜成果的同时，也让我们看到了它的问题和局限。

第一，治疗过程相当复杂。 该疗法需要从癌症患者的血液中提取T细胞，在实验室中对其进行基因改造、培养，这个过程持续时间少则10天以内，多则3周以上[5]，然后再将其回输到患者体内。

传统的CAR-T疗法操作过程十分复杂

第二，化疗增加了风险。 为了给CAR-T细胞腾出空间，患者必须接受化疗，这虽然能够抑制癌细胞，但却会“伤及无辜”，正常的免疫细胞也会遭到破坏。Juno公司的CAR-T临床II期试验中，两名患者由于接受化疗而导致脑水肿先后死亡[6]。

第三，治疗成本之高绝非一般患者所能承受。 英国有关分析机构称，对于急性淋巴细胞白血病（ALL）的年轻患者，采用CAR-T治疗的费用可能高达64.9万美元[3]。

上面的三大问题主要是由T细胞需要在患者体外接受改造造成的。如果能有一种方法让特定的T细胞在患者体内就变成「特种兵」CAR-T细胞，问题就迎刃而解了。

Stephan及其团队作为CAR-T治疗领域的老兵，在提升CAR-T治疗效果方面颇有建树。4月下旬，他们团队还给CAR-T做了个支架，直接丢到实体瘤上，可以解决CAR-T治疗实体瘤不好的问题。（详情见 「创意支架」搭载CAR-T，联合免疫疗法助力消灭实体瘤！ | 奇点猛科技 ）

这一次，他们打算通过纳米载体将CAR基因运输到特定的T细胞内。Stephan博士团队的设计思路并不复杂。他们首先把包含CAR的基因片段和可以进入T细胞核里的物质连接，组成一个四周带正电的纳米团；然后再把带负电的可以找到T细胞的物质包裹在这个纳米团的外面。如此一来，在静电引力的作用下，就形成了一个直径在150nm左右的稳定纳米颗粒。

据Stephan博士报道， 他们可以将这种改造T细胞的纳米颗粒制成冻干粉 ，装在玻璃瓶内，使用时只需溶解注射即可。

一旦完成静脉注射，纳米颗粒会特异性与T细胞结合，而不侵扰其他的细胞。纳米颗粒被T细胞吞噬后，编码CAR的基因在引导下，进入T细胞核。在这里，CAR基因编码CAR，并把特异性识别癌细胞的CAR装在T细胞表面，使其成为「特种兵」CAR-T细胞。在小鼠模型体内，Stephan博士发现经过纳米颗粒体内改造的 T细胞可以在24到48小时内产生CAR 。

纳米颗粒示意图：黄色部分为分子标记，橙色部分能将CAR基因携带到细胞核，灰色螺旋部分是CAR编码基因

研究人员首先在将纳米颗粒与脾细胞一起培养。发现携带CAR基因的纳米颗粒确实能够改造T细胞、使其表达CAR。接下来他们又将携带CAR基因的纳米颗粒注入小鼠体内并对其进行了研究。发现在注射4h后，纳米颗粒与外周循环中的T细胞发生了结合，并且在小鼠的脾脏、淋巴结和骨髓中分布最高。

左图：纳米颗粒结合到T细胞表面

右图：CAR基因整合和表达

之后，研究人员又对其毒性进行了测试。对小鼠各项指标进行检测发现：注射纳米颗粒的实验组小鼠与注射磷酸盐缓冲液的对照组小鼠相比并无差异。 这表明纳米颗粒是无毒的。

实验组和对照组血细胞计数和血液化学检测结果无差异

他们采用淋巴瘤小鼠模型，对CAR纳米颗粒治疗与传统的CAR-T（先进行化疗再注射CAR-T细胞）疗效进行了比较。实验结果是可喜的： CAR纳米颗粒治疗与传统的CAR-T治疗效果相当。采用这两种疗法的小鼠生存期平均提高到了58天，中位生存期大约为两周。

纳米CAR-T和传统CAR-T疗效相当：左为对照，中间为纳米CAR-T，右为传统CAR-T；深颜色是肿瘤区域

携带CAR基因的纳米颗粒可以产生与目前采用的CAR-T疗法类似的抗癌效果。这让Stephan看到了希望： 他将能给癌症患者提供更温和、更便宜和更简单的免疫治疗。 不同于回输CAR-T细胞， 纳米CAR-T细胞不依赖化疗来清除体内的免疫细胞 ，相反， 可用于纳米颗粒靶向的T细胞越多越好。 Stephan指出“我们使用的是患者体内的T细胞。创新点在于： 理论上，这可能是不需要化疗的淋巴瘤一线疗法。 ”[7]

鉴于纳米颗粒成本低、易于构建，Stephan设想这将成为一种像化疗那样易于存储和实施的治疗方法。Stephan 称“我们正在结合所有技术的优点。未来某一天，在确诊的当日，纳米CAR-T疗法可以成为备选疗法之一，并且可以就近治疗。”[7]

纳米CAR-T治疗示意图：黄色圆球为纳米颗粒，蓝色圆球为T细胞，褐色圆球为肿瘤细胞

虽然该研究取得了很大成功，但是将这一方法用于临床研究还有很多路要走。Stephan正在研究让CAR基因在人体内转移和表达更安全的新方法。他也在和公司合作以制备能够用于临床的纳米颗粒。

Stephan认为癌症免疫治疗可能只是一个开始。理论上，纳米颗粒可以被改造，以满足那些需要疫苗来激发免疫系统以抗病毒但却等不了几个月的患者的需求。他表示“我们希望这可以用于肝炎等传染病。这可能是向患者提供其身体所缺受体的方法。只需要很少的经过改造的T细胞就可以抗病毒。”[7]

参考资料：

[1] http://www.fiercebiotech.com/biotech/novartis-gets-second-car-t-candidate-fda-breakthrough-tag

[2] http://www.fiercebiotech.com/biotech/novartis-licenses-car-t-patents-from-bluebird-celyad

[3] http://www.fiercepharma.com/pharma/kite-pharma-s-car-t-drug- could-feature-a-budget-busting-649k-price-tag-report

[4] Smith TT, Stephan SB, Moffett HF, McKnight LE, Ji W, et al. 2017. In situ programming of leukaemia-specific T cells using synthetic DNA nanocarriers. Nature Nanotechnology

[5] Davila ML, Brentjens R, Wang X, Rivière I, Sadelain M. 2012. How do CARs work? Early insights from recent clinical studies targeting CD19. Oncoimmunology 1:1577-83

[6]http://www.fiercebiotech.com/biotech/juno-car-t-study-put-hold-again-after-cerebral-edemas-and-fatality-again

[7] https://www.fredhutch.org/en/news/center-news/2017/04/nanoparticle-reprogram-t-cells-fight-cancer.html