斯坦福工程师增强尖端癌症治疗的效果
工程师开发了一种简单的递送方法，可以增强有前景的癌症治疗。
今天，一项令研究人员兴奋的尖端癌症治疗包括收集和重新编程患者的 T 细胞（一组特殊的免疫细胞），然后将它们放回体内，以准备检测和破坏癌细胞。虽然对白血病等广泛的血癌有效，但这种方法很少能成功治疗实体瘤。
现在，斯坦福大学的工程师已经开发出一种递送方法，可以增强被称为嵌合抗原受体 (CAR) T 细胞的修饰免疫细胞的“攻击力”。研究人员将 CAR-T 细胞和专门的信号蛋白添加到水凝胶（一种与生物组织具有共同特征的充满水的凝胶）中，然后将这种物质注射到肿瘤旁边。根据今天（2022 年 4 月 8 日）发表在《科学进展》上的一项新研究，这种凝胶在体内提供了一个临时环境，免疫细胞可以在其中增殖和激活以准备对抗癌细胞。这种凝胶就像一个漏水的握笔，可以泵出激活的 CAR-T 细胞，随着时间的推移持续攻击肿瘤。
如该演示所示，水凝胶可以很容易地通过针头注射，然后在注射后迅速自我修复，形成固体状凝胶。这张图片中的针头是 21 号针头，与人体注射的相关尺寸。图片来源：Abigail K. Grosskopf
“很多 CAR-T 细胞领域都专注于如何自己制造更好的细胞，但很少关注如何让细胞在体内更有效，”材料科学和材料科学助理教授 Eric Appel 说。斯坦福大学工程学和该论文的高级作者。“所以我们所做的完全是对所有设计更好细胞的努力的补充。”
凝聚在一起
目前，静脉内 (IV) 输注是 CAR-T 细胞的主要给药方式。在这种方法中，细胞进入血液并流经全身。但是这种方法对于治疗实体瘤并不理想，实体瘤通常很密集，存在于特定位置，并且具有隐藏和抵御免疫细胞的防御能力。
“这有点像一个充满可怕事物的战场，试图对抗这些 T 细胞，”化学工程博士生、该研究的主要作者 Abigail Grosskopf 说。“因此，CAR-T 细胞很难渗透以攻击该肿瘤。”
为了足够强烈地激活 CAR-T 细胞以根除肿瘤，这些细胞必须长时间暴露于高浓度的特殊信号蛋白。这些被称为细胞因子的蛋白质告诉工程免疫细胞快速复制并准备摧毁肿瘤。然而，如果通过静脉滴注全身给药，发动有效攻击所需的细胞因子数量将对身体的其他部位产生毒性。
相反，Grosskopf 和她的同事创造了一种凝胶，可以在肿瘤附近暂时容纳细胞因子和 CAR-T 细胞。免疫细胞在体内生长和增殖，并不断释放以轰击癌细胞的生长。
这种凝胶由水和两种成分制成：一种由纤维素制成的聚合物，一种在植物中发现的材料和可生物降解的纳米颗粒。当结合起来时，这两种成分就像分子魔术贴一样结合在一起——它们想粘在一起，但很容易被撬开。
“这种材料可以通过小针头注射，”格罗斯科普夫说。“然而，在注入后，‘魔术贴’会再次出现并重新形成坚固的凝胶结构。”
凝胶的网状结构编织得足够紧密，以防止微小的细胞因子滑出。同时，该结构的连接足够弱，以至于 CAR-T 细胞可以破坏它们并在准备好杀死癌细胞时自由摆动。
治疗小鼠的肿瘤
在确定了提供癌症治疗的最佳凝胶配方后，研究小组将其方法用于患有肿瘤的小鼠身上进行测试。
Grosskopf 发现所有注射了含有 CAR-T 细胞和细胞因子的凝胶的实验动物在 12 天后都没有癌症。她和她的同事还尝试在凝胶中仅提供 CAR-T 细胞，但在一些小鼠中肿瘤消失得更慢或根本没有。通过静脉滴注或盐水而不是凝胶进行的治疗对肿瘤的效果更差。
此外，凝胶不会在小鼠体内引起不良炎症反应，并在几周内在体内完全降解。
该团队还尝试将凝胶治疗注射到离肿瘤更远的地方——在小鼠身体与癌细胞生长的另一侧。令所有人惊讶的是，所有动物的肿瘤仍然消失了，尽管它所用的时间大约是在肿瘤附近添加治疗时的两倍。
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“我们评估的主要是可以在旁边注射的肿瘤。但不幸的是，我们仍然无法到达身体的所有组织，”Appel 说。“这种远离肿瘤注射的能力确实为治疗任何数量的实体瘤打开了大门。”
Appel 说，他的实验室的下一组实验将进一步探索凝胶递送方法治疗远处肿瘤的能力。
总体而言，这项研究提出了一种简单有效的方法来改善有前途的癌症治疗方法。
Grosskopf 说：“我认为我们的凝胶的一大好处是它们很容易制作：你混合两种东西，然后注射。” “我们需要做更多的临床前工作，但我认为这有很多希望。”