基于iPSC技术的通用型Car-T——未来Car-T的重要方向

2019-11-04 10:37:03

T细胞系由多种淋巴细胞组成的群体,因为在胸腺(Thymus)发育成熟而得名,在人体免疫系统扮演核心角色。随着人体发育,骨髓中的一部分T前体细胞迁移到胸腺内,在胸腺激素等因素的诱导下分化成熟,成为具有免疫活性的T细胞。T细胞主要通过两种免疫机制对抗病原体或有害细胞:1)与目标细胞特异性结合后,进行直接杀伤;2)释放淋巴细胞因子,使免疫效应扩大和增强。T细胞相当于人体内的“战士”,能够抵御和消灭“敌人”如被病毒感染的人体细胞、肿瘤细胞、以及外来异物等。为进一步强化T细胞针对肿瘤细胞的识别和杀伤能力,科学家们通过基因编辑技术,为T细胞装上针对肿瘤细胞的定位导航装置CAR基因(肿瘤嵌合抗原受体),将T细胞这个“战士”改造成“超级抗肿瘤战士”,即CAR-T细胞,专门识别体内肿瘤细胞,并通过免疫作用释放大量具有多种效果的T细胞因子,高效杀伤肿瘤细胞,从而达到治疗恶性肿瘤的目的。于是CAR-T疗法,即嵌合抗原受体T细胞免疫疗法横空出世。作为一种治疗肿瘤的新型精准疗法,CAR-T近几年在临床肿瘤治疗上取得很好的效果。

图1. CAR-T疗法流程图

 

CAR-T细胞已在B细胞恶性肿瘤患者中取得了良好效果,目前研究者正在对其它血液系统恶性肿瘤和实体瘤的治疗进行研究[1]。但CAR-T的广泛应用仍面临众多挑战,特别是T细胞来源问题。一次CAR-T治疗即需要大量的T细胞,而现有CAR-T细胞的制备基于提取患者自体T细胞并进行编辑增殖,不但成本高昂,而且患者必须等待细胞制备,可能延误治疗。为解决这一问题,研究人员将目光转向了诱导性多能干细胞iPSC(induced pluripotent stem cells,iPSC)。日本京都大学的山中伸弥团队在2006年率先报道了iPSC的研究[2],并在2007年成功开发出人源iPSC,可分化出人体所有细胞种类[3]。

 

现已有研究表明iPSC可定向分化为T细胞[4-6],而iPSC作为原材料无限自我复制增殖,可提供大量的T细胞,从而解决T细胞来源的问题。前述CAR-T疗法的T细胞来源于病人的外周血,考虑到人体的免疫排斥反应,对每个病人都必须获得自体来源的CAR-T,耗时耗力。为了解决这些问题,科学家们再次利用基因编辑技术,将iPSC细胞上导致免疫排斥的HLA基因敲除,同时导入CAR基因,得到无排斥通用型iPSC(U-iPSC)。U-iPSC分化得到的CAR-T细胞不造成排斥,针对的患者群体较广,并可如一般药品在大量生产后贮藏,随时供应患者使用。

图2. 基因改造后的iPSC分化到CAR-T流程图

 

作为iPSC技术的发源地,日本京都大学iPS细胞研究与应用中心(CiRA)和Takeda七月份联合宣布,第一个源自iPSC的CAR-T细胞疗法(iCART)已经进入临床前测试阶段。根据T-CiRA协议,Takeda拥有iCART产品的全球开发权和商业化权。两个团队将继续就iCART进行合作,为2021年的临床试验做准备。iCART项目使用主iPSC细胞库来开发CAR-T产品,可以根据需要为每个患者量身定制。其目标是能够从单个主细胞库中扩增大量的同源细胞。

 

美国著名细胞治疗企业Fate Therapeutics,从iPSC中分化出嵌合抗原受体(CAR)-T。Fate的突破性技术包括对人类iPSC进行基因修饰,并选择具有所需基因组成的单个iPSC作为主细胞库,利用这一平台,Fate正在开发CAR-T细胞候选产品,这些候选产品是由主iPSC系列创造的,用于恶性血液病和实体瘤。其中的主导产品FT819是一种”off-the-shelf” CAR-T细胞产品,由主iPSC细胞系生产。在临床前研究中,FT819在受到CD19阳性肿瘤细胞刺激时表现出靶向特异性T细胞反应。目前,Fate公司正在为IND申请做更多的临床前测试。

 

另一家成立不久的公司Century Therapeutics将工程化的人源iPSC分化成T、NK或其他免疫细胞,产生针对不同肿瘤类型的细胞产品。凭借着新一代“off-the-shelf”癌细胞疗法从众多公司中脱颖而出。获得了包括拜耳(Bayer),Fujifilm Cellular Dynamics在内的投资者总共2.5亿美元的投资。Century将利用这笔投资将多种血液及实体恶性肿瘤项目推进到临床。

 

作为国内领先的干细胞生物公司,南京艾尔普拥有中国唯一一家国家-企业共建的iPSC细胞库平台,并积极开发iCAR-T细胞制备等技术。利用无血清高效分化方法,艾尔普有望在30天内将人源iPSC分化为T细胞,为广大细胞治疗公司和科研单位提供稳定的T细胞产品。

 

综合上述,基于U-iPSC的通用型CAR-T产品,充分结合了iPSC和CAR-T疗法的双重优势,不但大幅降低成本,更免去了传统CAR-T的制备等待时间,具有良好的应用前景,为肿瘤患者带来新的希望。

 

参考文献:

[1] Ramos et al., CAR-T Cell Therapy for lymphoma [J]. Annu Rev Med, 2016, 67:165-183.

[2] Newick et al., CAR T Cell Therapy for solid tumors [J]. Annu Rev Med, 2017, 68:139-152.

[3] Okita K, Yamanaka S. Intracellular signaling pathways regulating pluripotency of embryonic stem cells [J]. Curr Stem Cell Res Ther, 2006, 1(1): 103-11.

[4] Themeli M, Rivie`re I, Sadelain, M. New cell sources for T cell engineering and adoptive immunotherapy [J]. Cell Stem Cell 16, 2015, 357–366.

[5] Themeli M, Kloss CC, Ciriello G, et al. Generation of tumor-targeted human T lymphocytes from induced pluripotent stem cells for cancer therapy [J]. Nat Biotechnol, 2013, 31(10): 928-33.

[6] Montel-Hagen A, Seet CS, Li S,et al. Organoid-Induced Differentiation of Conventional T Cells from Human Pluripotent Stem Cells [J]. Cell Stem Cell, 2019, 24(3): 376-389

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