如何让CAR-T疗法更安全?这些科学家给它们装上了光控“开关”
黑暗的实验室里,一只背面被剃秃一块的老鼠趴在操作台上。然后,从剃秃皮肤的中心开始,它的臀部开始发光,在昏暗的房间里,像萤火虫一样点亮,四周观察的研究人员们在淡蓝色的光前欢呼雀跃。
如同魔法一样的场景出现美国德州农工大学(Texas A&M University)的生物实验室里。科学家们发明了一种CAR-T细胞的新版本——LiCAR-T细胞,它们只有在特定蓝光激发下才能发挥功能,而在黑暗中回到“休眠”状态。研究人员希望这种技术能增强CAR-T细胞疗法的特异性,使治疗更加安全有效。相关论文发表在顶级学术期刊《自然》旗下Nature Nanotechnology上。
CAR-T细胞疗法近年来是癌症治疗热门领域,已有多款疗法获批在血液癌症治疗上大展手脚。但传统CAR-T细胞疗法存在两大安全性隐患。其一,在CAR-T细胞眼中,人体内任何表面携带抗原靶标的细胞都是攻击对象,从而导致伤害健康细胞。
其二,CAR-T细胞极其活跃,它们的攻击反应是“炸药式”的,引起的大规模炎症反应会带来不必要的毒副作用。超过80%的患者接受治疗后出现了一定的毒副作用,有时这种毒性还相当严重。比如,获益于CAR-T疗法的患者表现出肿瘤消退的同时,大脑和心脏也会同时受到攻击,甚至导致死亡。
由于找到只在肿瘤细胞表面表达的“完美”抗原靶标非常困难,科学家们将目光投向其它增加CAR-T疗法特异性的方法。
其中一个方法就是将CAR-T细胞的嵌合抗原受体(CAR)分成两块,在其发挥作用的回路中插入一个光开关——一种称为LOV2的蛋白质。只有当蓝光激活蛋白质,它才会将CAR的两个部分“黏合”在一起,形成完整的功能单元,使CAR-T细胞“苏醒”。
▲LiCAR-T细胞疗法的作用机制(图片来源:参考资料[1])
那怎么让外部的光线能激活体内的CAR-T细胞呢?研究小组与马萨诸塞大学医学院(UMass Medical School)的生物工程师合作,设计出一种可注射的纳米颗粒,当受到近红外光照射时,会发出蓝色的光。这样一来,只要用这些纳米颗粒覆盖肿瘤部位,医生可以使用近红外激光笔使蓝光从肿瘤中辐射出来,从而激活CAR-T细胞。
在小鼠肿瘤模型实验中,这种CAR-T细胞只杀伤被光照到的肿瘤,而对动物体内的其它肿瘤没有影响,显示出了非常高的特异性。
▲LiCAR-T细胞高度特异性地缩小肿瘤(图片来源:参考资料[1])
而且,与常规CAR-T疗法相比,LiCAR-T细胞的毒副作用小了很多,在小鼠癌症模型中,接受常规CAR-T疗法治疗的小鼠在治疗过程中体重不断下降,接受LiCAR-T疗法的小鼠则一直保持正常体重。
▲接受常规CAR-T疗法治疗的小鼠在治疗过程中体重不断下降,接受LiCAR-T疗法的小鼠则一直保持正常体重(图片来源:参考资料[1])
虽然这项研究展现出的潜力令人兴奋,不过它仍然有一定的局限性。研究小组需要进一步评估注射纳米颗粒的安全性,并确保它们在人体中按预期发挥作用,不会造成进一步的伤害。同时,近红外光无法穿透人体的深层组织,这意味着该技术可能仅限于治疗出现在皮肤附近的肿瘤。
无论如何,LiCAR-T细胞在探索攻克CAR-T细胞疗法局限性的道路上,又点燃了一盏有希望的明灯。科学家同时还在探索以超声波特异性激活CAR-T疗法的可能性。除了在安全方面的好处,类似技术可能有助于推进CAR-T疗法在实体瘤领域的发展,因为实体瘤更难找到安全的细胞蛋白靶标。并且,使用相同的概念,科学家还有望调整其他免疫细胞类型,包括巨噬细胞。
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