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启动“格斗”模式 这款CAR-T要“吃”四环素
2018-12-11 17:12
来源:科技日报
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  视觉中国

  犹如大力水手爱吃菠菜,这款CAR-T要“吃”四环素才工作—— 

  CAR-T是一种出现了很多年,但近几年才得以临床应用的新型细胞疗法。日前,《分子科学》登载了我国科学家对于CAR-T安全性的研究工作:上海海洋大学国际海洋生物科学研究中心、比昂生物等多个单位合作,运用我国拥有自主专利的慢病毒载体技术,将“四环素调控”的基因开关整合到时下最广泛使用的白血病治疗手段CAR-T中,实现了对CAR-T细胞的控制,只有当CAR-T感受到四环素这一特定化合物的存在时,才会启动“格斗”模式,勤恳杀敌,而一旦有指标表明T细胞有“杀红眼”的迹象,只需停止四环素的供应,CAR-T格斗士就会缺乏能量宕机,防止对机体的“自杀式”损伤。 

  T细胞“火力全开”,伴随可怕“风暴” 

  免疫疗法的出现,使得人体内免疫系统被“争取”过来,通过对T细胞加装体外基因元器件或重启免疫杀伐功能,形成对抗肿瘤的“生力军”。目前,治疗白血病有效率最高的方法为CAR-T疗法,是通过将T细胞导出,在体外装上有“导航”“侦测”作用的CAR(嵌合抗原受体),再回输体内对付癌细胞,但T细胞的进攻“火力”会由于人工的干预,而不受体内调控机制的控制,“失控”的情况下很可能造成严重的细胞因子释放综合征(CRS)。

  “CRS被业界形象地称为‘细胞因子风暴’。”论文通讯作者、上海海洋大学特聘教授杨光华解释,细胞因子风暴是由T细胞、巨噬细胞和肿瘤细胞之间的相互作用引起的。由于“重装战士”T细胞有导航和侦测系统,它能够敏锐地感受到肿瘤细胞的存在,细胞内通路进而被激发,释放大量的细胞因子,这些细胞因子正是免疫细胞杀伐肿瘤细胞、能够使其凋亡的“重要火力”。

  “细胞因子引发的风暴是CAR-T治疗中不可回避的。”杨光华说,它不但是治疗中的副作用,也是治疗肿瘤的临床表现。

  美国女孩艾米丽(Emily)是首位CAR-T治愈的白血病患儿,她有着可怕的“风暴”经历。据记载,在细胞注射到体内后,艾米丽迅速发烧,血压骤降,重度昏迷,在重症监护室里靠呼吸机熬过了两周。当时医生们已经觉得她不可能活下来了。检测报告显示,她体内的IL-6蛋白激增,这表明她的免疫系统正在不断攻击自身。随后,医生决定给她使用一种免疫抑制药物阻止这种自身攻击。用药后几小时内,艾米丽的情况立即变好,进一步检测结果显示,她体内的癌细胞消失了。

  可见,CAR-T诱发“风暴”不可避免。但由于CAR-T拥有80%—90%的高治愈率,使得尽管这种疗法相当危险,去年仍被美国食品和药物管理局(FDA)批准可用于临床,并于今年4月被批准进入美国医保。

  如何让拥有高治愈率的CAR-T告别高风险?学界进行了大量的研究,并提出多种技术路线,例如施用免疫抑制药物、植入诱导型自杀基因系统、严重情况需采用激素处理等,但目前“风暴”并发症仍是其成为标准医疗护理的障碍。业内普遍认为,CAR-T应用的难点并不集中在前期的细胞治疗,而在于后期的副作用处理及质量控制。

  “抑制剂的‘补救’很难掌握主动权。”杨光华表示,通过基因元件的“供能”控制将更具有主动权,也有更多地可操作性。

  变病毒为友军,给T细胞加个“遥控器” 

  “CAR-T技术专利几乎被美国涵盖。”杨光华说。实际上,美国医疗领域仍在不断探索新机制,例如今年4月《自然》报道,纪念斯隆-凯特琳癌症中心(MSK)发现预防“风暴”的新细胞理论以及新抑制剂并已经申请专利。

  “我们不能跟着别人的思路对‘风暴’进行控制,那到应用时会遇到‘专利门槛’。”杨光华说,为此,他带领团队从2009年开始从另一个角度入手,试图给T细胞加个“遥控器”,增加CAR-T技术中人们对T细胞的控制力。

  “慢病毒载体是人们进行基因工程操作的一个有效工具。”杨光华说,慢病毒载体和病毒一样能够“侵入”细胞,但并不具有毒性,能把目标片段插入目标细胞中,从而实现基因的改造。

  要把病毒“驯化”成友军并不容易,临床要求严格,并且大规模生产和纯化非常困难。杨光华团队试图通过慢病毒载体对CAR-T进行改良,并使其实现工业化生产,同时依托该技术成立了上海比昂生物医药科技有限公司。“不同于常见的化学合成药物,基因药物的大规模生产与纯化非常困难。目前在基因载体大规模生产上,比昂生物的纯化率已经比国际同行的高10倍。”杨光华说,慢病毒载体的生产包含了质粒获取、细胞转染、病毒收集与纯化等一系列复杂的步骤,每一个步骤都会影响最后获得的载体活性,因此需要在工艺上不断优化,才能得到高质量的载体。

  在转导过程中,团队对载体用量、转导条件、T细胞培养、增强剂的使用等关键条件进行了探索与优化,最后取得成功。“所有的技术都已申请了专利。核心发明专利已经由国际专利体系PCT授权。”杨光华说,“我们同时具有病毒类载体大规模生产工艺专利技术,可满足国内外制药公司、医院等对CAR-T可诱导慢病毒的需要,用于Ⅰ期和Ⅱ期的临床实验。”

  体外实验证明,“四环素调控系统”高效 

  “开关系统通过基因合成、酶切连接等分子生物学技术,我们将‘四环素调控系统’与CD19-CAR结构一起整合进慢病毒载体中。”杨光华说,这样在对T细胞进行CAR改造的同时,“四环素遥控器”也就同步装配了。

  服用四环素后,进入人体的CAR-T就开始发挥作用;停止服药后,CAR-T将不再表达,而且能通过药物剂量来控制CAR-T疗效的强弱。这样带来的好处是当患者出现难以承受的不良反应时,停止服用四环素就可以让患者体内发挥作用的CAR-T停下来,当患者耐受性逐渐转好之后,又可以通过服药继续开始治疗。在间隔期间,B细胞可以恢复,增强抗癌效果。

  “临床前的基本研究,取得了效果非常好的数据。”杨光华说,在此次研究中,他们通过将“四环素调控系统”结合到CD19-CAR构建物中,开发出新的诱导性细胞iCAR19 T。

  试验数据表明,新的iCAR19 T细胞增殖、细胞因子产生、CAR表达、CD19特异性细胞毒性强。用四环素衍生物诱导48小时后,诱导细胞的相对CAR表达量是未诱导细胞的5倍,说明四环素的施用能激发“四环素战士”的战斗力。此外,经四环素衍生物处理的细胞对靶细胞有非常显著的高特异性裂解。这些结果表明植入系统成功地控制了iCAR19 T细胞的活性。“我们对T细胞的控制力越强,临床安全性将越强。”杨光华说,新的细胞同时保持了强大的抗肿瘤作用。

  “这项技术在实际应用于人体之前还需要经过动物实验、临床试验等多个步骤验证其安全性和有效性。我们正在针对实际使用过程中可能遇到的问题,对这一技术做进一步优化调整,以尽快开展体内的实验验证。”杨光华说,团队的目标是临床应用,因此在实验阶段就遵循GMP生产标准,所有的制造工艺和随后的检测都在GMP设施中进行,基因载体的质量控制也严格遵循FDA的指导原则。(记者 张佳星)

 

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